详解Java实现简单SPI流程
Redick01 人气:0参考dubbo和shenyu网关实现自定义的SPI
SPI标注注解
标注提供SPI能力接口的注解
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface SPI {
/**
* value
* @return value
*/
String value() default "";
}
标准SPI实现的注解@Join
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Join {
}
SPI核心实现
SPI的一些Class和扩展对象缓存
SPI实现是一个懒加载的过程，只有当通过get方法获取扩展的实例时才会加载扩展，并创建扩展实例，这里我们定义一个集合用于缓存扩展类，扩展对象等，代码如下：
@Slf4j
@SuppressWarnings("all")
public class ExtensionLoader<T> {
/**
* SPI配置扩展的文件位置
* 扩展文件命名格式为 SPI接口的全路径名，如：com.redick.spi.test.TestSPI
*/
private static final String DEFAULT_DIRECTORY = "META-INF/log-helper/";
/**
* 扩展接口 {@link Class}
*/
private final Class<T> tClass;
/**
* 扩展接口 和 扩展加载器 {@link ExtensionLoader} 的缓存
*/
private static final Map<Class<?>, ExtensionLoader<?>> MAP = new ConcurrentHashMap<>();
/**
* 保存 "扩展" 实现的 {@link Class}
*/
private final Holder<Map<String, Class<?>>> cachedClasses = new Holder<>();
/**
* "扩展名" 对应的 保存扩展对象的Holder的缓存
*/
private final Map<String, Holder<Object>> cachedInstances = new ConcurrentHashMap<>();
/**
* 扩展class 和 扩展点的实现对象的缓存
*/
private final Map<Class<?>, Object> joinInstances = new ConcurrentHashMap<>();
/**
* 扩展点默认的 "名称" 缓存
*/
private String cacheDefaultName;
// 省略代码后面介绍
}
获取扩展器ExtensionLoader
public static<T> ExtensionLoader<T> getExtensionLoader(final Class<T> tClass) {
// 参数非空校验
if (null == tClass) {
throw new NullPointerException("tClass is null !");
}
// 参数应该是接口
if (!tClass.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException("tClass :" + tClass + " is not interface !");
}
// 参数要包含@SPI注解
if (!tClass.isAnnotationPresent(SPI.class)) {
throw new IllegalArgumentException("tClass " + tClass + "without @" + SPI.class + " Annotation !");
}
// 从缓存中获取扩展加载器，如果存在直接返回，如果不存在就创建一个扩展加载器并放到缓存中
ExtensionLoader<T> extensionLoader = (ExtensionLoader<T>) MAP.get(tClass);
if (null != extensionLoader) {
return extensionLoader;
}
MAP.putIfAbsent(tClass, new ExtensionLoader<>(tClass));
return (ExtensionLoader<T>) MAP.get(tClass);
}
扩展加载器构造方法
public ExtensionLoader(final Class<T> tClass) {
this.tClass = tClass;
}
获取SPI扩展对象
获取SPI扩展对象是懒加载过程，第一次去获取的时候是没有的，会触发从问家中加载资源，通过反射创建对象，并缓存起来。
public T getJoin(String cacheDefaultName) {
// 扩展名 文件中的key
if (StringUtils.isBlank(cacheDefaultName)) {
throw new IllegalArgumentException("join name is null");
}
// 扩展对象存储缓存
Holder<Object> objectHolder = cachedInstances.get(cacheDefaultName);
// 如果扩展对象的存储是空的，创建一个扩展对象存储并缓存
if (null == objectHolder) {
cachedInstances.putIfAbsent(cacheDefaultName, new Holder<>());
objectHolder = cachedInstances.get(cacheDefaultName);
}
// 从扩展对象的存储中获取扩展对象
Object value = objectHolder.getT();
// 如果对象是空的，就触发创建扩展，否则直接返回扩展对象
if (null == value) {
synchronized (cacheDefaultName) {
value = objectHolder.getT();
if (null == value) {
// 创建扩展对象
value = createExtension(cacheDefaultName);
objectHolder.setT(value);
}
}
}
return (T) value;
}
创建扩展对象
反射方式创建扩展对象的实例
private Object createExtension(String cacheDefaultName) {
// 根据扩展名字获取扩展的Class，从Holder中获取 key-value缓存，然后根据名字从Map中获取扩展实现Class
Class<?> aClass = getExtensionClasses().get(cacheDefaultName);
if (null == aClass) {
throw new IllegalArgumentException("extension class is null");
}
Object o = joinInstances.get(aClass);
if (null == o) {
try {
// 创建扩展对象并放到缓存中
joinInstances.putIfAbsent(aClass, aClass.newInstance());
o = joinInstances.get(aClass);
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return o;
}
从Holder中获取获取扩展实现的Class集合
public Map<String, Class<?>> getExtensionClasses() {
// 扩区SPI扩展实现的缓存，对应的就是扩展文件中的 key - value
Map<String, Class<?>> classes = cachedClasses.getT();
if (null == classes) {
synchronized (cachedClasses) {
classes = cachedClasses.getT();
if (null == classes) {
// 加载扩展
classes = loadExtensionClass();
// 缓存扩展实现集合
cachedClasses.setT(classes);
}
}
}
return classes;
}
加载扩展实现Class
加载扩展实现Class，就是从文件中获取扩展实现的Class，然后缓存起来
public Map<String, Class<?>> loadExtensionClass() {
// 扩展接口tClass，必须包含SPI注解
SPI annotation = tClass.getAnnotation(SPI.class);
if (null != annotation) {
String v = annotation.value();
if (StringUtils.isNotBlank(v)) {
// 如果有默认的扩展实现名，用默认的
cacheDefaultName = v;
}
}
Map<String, Class<?>> classes = new HashMap<>(16);
// 从文件加载
loadDirectory(classes);
return classes;
}
private void loadDirectory(final Map<String, Class<?>> classes) {
// 文件名
String fileName = DEFAULT_DIRECTORY + tClass.getName();
try {
ClassLoader classLoader = ExtensionLoader.class.getClassLoader();
// 读取配置文件
Enumeration<URL> urls = classLoader != null ? classLoader.getResources(fileName)
: ClassLoader.getSystemResources(fileName);
if (urls != null) {
// 获取所有的配置文件
while (urls.hasMoreElements()) {
URL url = urls.nextElement();
// 加载资源
loadResources(classes, url);
}
}
} catch (IOException e) {
log.error("load directory error {}", fileName, e);
}
}
private void loadResources(Map<String, Class<?>> classes, URL url) {
// 读取文件到Properties，遍历Properties，得到配置文件key（名字）和value（扩展实现的Class）
try (InputStream inputStream = url.openStream()) {
Properties properties = new Properties();
properties.load(inputStream);
properties.forEach((k, v) -> {
// 扩展实现的名字
String name = (String) k;
// 扩展实现的Class的全路径
String classPath = (String) v;
if (StringUtils.isNotBlank(name) && StringUtils.isNotBlank(classPath)) {
try {
// 加载扩展实现Class，就是想其缓存起来，缓存到集合中
loadClass(classes, name, classPath);
} catch (ClassNotFoundException e) {
log.error("load class not found", e);
}
}
});
} catch (IOException e) {
log.error("load resouces error", e);
}
}
private void loadClass(Map<String, Class<?>> classes, String name, String classPath) throws ClassNotFoundException {
// 反射创建扩展实现的Class
Class<?> subClass = Class.forName(classPath);
// 扩展实现的Class要是扩展接口的实现类
if (!tClass.isAssignableFrom(subClass)) {
throw new IllegalArgumentException("load extension class error " + subClass + " not sub type of " + tClass);
}
// 扩展实现要有Join注解
Join annotation = subClass.getAnnotation(Join.class);
if (null == annotation) {
throw new IllegalArgumentException("load extension class error " + subClass + " without @Join" +
"Annotation");
}
// 缓存扩展实现Class
Class<?> oldClass = classes.get(name);
if (oldClass == null) {
classes.put(name, subClass);
} else if (oldClass != subClass) {
log.error("load extension class error, Duplicate class oldClass is " + oldClass + "subClass is" + subClass);
}
}存储Holder
public static class Holder<T> {
private volatile T t;
public T getT() {
return t;
}
public void setT(T t) {
this.t = t;
}
}
测试SPI
定义SPI接口
@SPI
public interface TestSPI {
void test();
}
扩展实现1和2
@Join
public class TestSPI1Impl implements TestSPI {
@Override
public void test() {
System.out.println("test1");
}
}
@Join
public class TestSPI2Impl implements TestSPI {
@Override
public void test() {
System.out.println("test2");
}
}
在resources文件夹下创建META-INF/log-helper文件夹，并创建扩展文件
文件名称（接口全路径名）：com.redick.spi.test.TestSPI
文件内容
testSPI1=com.redick.spi.test.TestSPI1Impl
testSPI2=com.redick.spi.test.TestSPI2Impl
动态使用测试
public class SpiExtensionFactoryTest {
@Test
public void getExtensionTest() {
TestSPI testSPI = ExtensionLoader.getExtensionLoader(TestSPI.class).getJoin("testSPI1");
testSPI.test();
}
}
测试结果：
test1
public class SpiExtensionFactoryTest {
@Test
public void getExtensionTest() {
TestSPI testSPI = ExtensionLoader.getExtensionLoader(TestSPI.class).getJoin("testSPI2");
testSPI.test();
}
}
测试结果：
test2
总结
实现一个自定义的SPI机制其核心的逻辑就是扩展的加载，本篇是参考Dubbo等开源项目简单实现了一个SPI机制的核心代码，核心逻辑就是从SPI扩展的配置文件中加载扩展实现的流程，通常情况下，SPI的应用场景出现在高度可扩展组件，并且在使用过程中有需求能够灵活切换不同的实现的时候。比如程序使用限流组件，使用“令牌桶算法”和“漏桶算法”分别实现了限流逻辑，在业务使用限流算法的过程中，就可以通过SPI机制在程序启动过程中将两种算法实现的组件加载好，然后通过参数指定具体使用的限流算法。此外，SPI机制能够对扩展开放，常用于开源软件，用户可以实现自己的扩展。
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