JDK 17
Dubbo 3.1.6

JDK SPI

JDK SPI在sql驱动类加载、以及slf4j日志实现加载方面有具体实现。

示例

在这里插入图片描述

public class Test {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Test.class);

    public static void main(String[] args) {

        ServiceLoader<JdkSpiService> services = ServiceLoader.load(JdkSpiService.class);

        Set<JdkSpiService> jdkSpiServices = services.stream().map(ServiceLoader.Provider::get).collect(Collectors.toSet());

//        for (JdkSpiService service : services) {
//            logger.info(service.test());
//        }
    }
}

ServiceLoader

由ServiceLoader提供，该类实现了Iterable接口，懒加载SPI实现类，所以加载逻辑都封装在内部迭代器类LazyClassPathLookupIterator implements Iterator里，当迭代器迭代时，会调用#hasNext，此时会调用#hasNextService 该方法又会调用#nextProviderClass加载SPI类:


public final class ServiceLoader<S>
    implements Iterable<S>
{
	    private final class LazyClassPathLookupIterator<T>
        implements Iterator<Provider<T>>
    {
        static final String PREFIX = "META-INF/services/";
        // 将相对路径变为绝对路径存储，存储多个SPI接口文件
		Enumeration<URL> configs;
		// 每个SPI文件中的实现类全类名
		Iterator<String> pending;

		
		/**
         * Loads and returns the next provider class.
         */
        private Class<?> nextProviderClass() {
        	// 首次获取spi实现类，会先从META-INF/services/接口全类名中读取所有的记录到configs中
            if (configs == null) {
                try {
                	// 相对路径名 Reference Path
                    String fullName = PREFIX + service.getName();
                    // ********************************************************
                    // 需要通过类加载器加载资源，下面根据类加载器类型加载fullName资源
                    // ********************************************************
						
                    if (loader == null) {
                        configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
                    } else if (loader == ClassLoaders.platformClassLoader()) {
                       ...
                    } else {
                    	// 一般走这里
                    	// 一般为线程上下文类加载器
                        configs = loader.getResources(fullName);
                    }
                } catch (IOException x) {
                    fail(service, "Error locating configuration files", x);
                }
            }
            // 第一次为null进入，或者已经执行完毕没有了再进入
            // 迭代同一个接口文件中的内容时，该while不会进入
            while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
                if (!configs.hasMoreElements()) {
                    return null;
                }
                // 解析一个接口文件中所有的实现类全类名
               	// URLConnection uc = URL#openConnection;
               	// InputStream in = uc.getInputStream();
                // BufferedReader r = new BufferedReader(new InputStreamReader(in, UTF_8.INSTANCE))
                pending = parse(configs.nextElement());
            }
            // 下一个实现类名
            String cn = pending.next();
            try {
            	// 反射实现类加载
                return Class.forName(cn, false, loader);
            } catch (ClassNotFoundException x) {
                fail(service, "Provider " + cn + " not found");
                return null;
            }
        }
	}
	
}

关于sql的SPI中使用了AccessController#doPrivileged，可以参考AccessController usage。简单来说，就是在SecurityManger中指定了某个jar包的security policy，当该jar包中的方法a调用如System.getProperty()方法时，如果没有包裹doPrivileged，会检查方法a调用栈中所有方法是否都被授予权限。而包裹了doPrivileged，只会检查当前方法a的权限。
不过该AccessController和SecurityManager在 Java 17后即将被移除，且无替代。参见 Class AccessController，关于为什么移除，参见 JEP 411: Deprecate the Security Manager for Removal，简单来说就是SecurityManager解决的两个问题已经不是问题，但是维护它却很费力且性能低。

Dubbo SPI

示例

Dubbo SPI 导入格式：

在这里插入图片描述

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
		// 这里的几个方法都会检查传入的是否是接口以及是否标注@SPI
        ExtensionLoader<DubboSpiTest> extensionLoader = 
        					ApplicationModel.defaultModel()
        					.getExtensionDirector()
        					.getExtensionLoader(DubboSpiTest.class);
		
        DubboSpiTest test1 = extensionLoader.getExtension("test1");
        DubboSpiTest test2 = extensionLoader.getExtension("test2");
    }
}

JDK SPI对应了一个ServiceLoader类，同样Dubbo SPI对应了一个ExtensionLoader。

LoadingStategy

先看该接口。Dubbo SPI 从META-INF下哪个文件夹加载，加载优先级如何，key同名是否支持覆盖等策略信息均由LoadingStrategy接口提供。

LoadingStrategy代表spi加载策略，该接口提供基本的加载信息，默认3个实现类：

DubboInternalLoadingStrategy : 内部加载策略，key同名不可覆盖
DubboLoadingStrategy：key同名可覆盖
ServicesLoadingStrategy：key同名可覆盖

3个实现类的初始化方式是通过JDK SPI机制引入，参考ExtensionLoader类：

public class ExtensionLoader<T> {
	...
	private static volatile LoadingStrategy[] strategies = loadLoadingStrategies();
	...
	// Spliterator接口
	private static LoadingStrategy[] loadLoadingStrategies() {
        return stream(load(LoadingStrategy.class).spliterator(), false)
            .sorted()
            .toArray(LoadingStrategy[]::new);
    }	
	...
	// 获取LoadingStrategy
	public static List<LoadingStrategy> getLoadingStrategies() {
        return asList(strategies);
    }
}

ExtensionLoader

新版本中，ExtensionLoader#getExtensionLoader同ExtensionFactory接口都已被废弃，改进如下：

ExtensionLoader#getExtensionLoader $\rightarrow$ ExtensionDirector#getExtensionLoader
ExtensionFactory $\rightarrow$ ExtensionInjector，其实现类由 AdaptiveExtensionFactory $\rightarrow$ AdaptiveExtensionInjector，Adaptive是一个门面，具体干活的由 SpiExtensionFactory $\rightarrow$ SpiExtensionInjector，但是所有干活的逻辑弯弯绕绕后又回到ExtensionLoader中，很奇怪。

最终由 ExtensionLoader#loadExtensionClasses执行代码：

public class ExtensionLoader<T> {
	...
	private static volatile LoadingStrategy[] strategies = loadLoadingStrategies();
	...
	private Map<String, Class<?>> loadExtensionClasses() throws InterruptedException {
        checkDestroyed();
        cacheDefaultExtensionName();

        Map<String, Class<?>> extensionClasses = new HashMap<>();

        for (LoadingStrategy strategy : strategies) {
            loadDirectory(extensionClasses, strategy, type.getName());

            // compatible with old ExtensionFactory
            if (this.type == ExtensionInjector.class) {
                loadDirectory(extensionClasses, strategy, ExtensionFactory.class.getName());
            }
        }

        return extensionClasses;
    }
	
	private void loadDirectory(Map<String, Class<?>> extensionClasses, LoadingStrategy strategy, String type) throws InterruptedException {
        loadDirectoryInternal(extensionClasses, strategy, type);
       	...
    }
	
	private void loadDirectoryInternal(Map<String, Class<?>> extensionClasses, LoadingStrategy loadingStrategy, String type) throws InterruptedException {
		
		String fileName = loadingStrategy.directory() + type;

		// 可用的classLoader集合
		List<ClassLoader> classLoadersToLoad = new LinkedList<>();
		
		// 先加入ExtensionLoader的类加载器
        if (loadingStrategy.preferExtensionClassLoader()) {
                ClassLoader extensionLoaderClassLoader = ExtensionLoader.class.getClassLoader();
                // 不能是系统类加载器
                if (ClassLoader.getSystemClassLoader() != extensionLoaderClassLoader) {
                    classLoadersToLoad.add(extensionLoaderClassLoader);
                }
            }
		
		// 获取classloader
		Set<ClassLoader> classLoaders = scopeModel.getClassLoaders();
		
		// 如果classloader为空，则用系统类加载器加载SPI文件
		if (CollectionUtils.isEmpty(classLoaders)) {
			Enumeration<java.net.URL> resources = ClassLoader.getSystemResources(fileName);
		
		}
		// 否则加入classLoader集合
		else {
			classLoadersToLoad.addAll(classLoaders);
		}
		
		// 工具类 多个classLoadersToLoad并行搜寻各个classLoader来加载资源
		// 但是基本只有一个classLoader，不知道为啥这么设计
		Map<ClassLoader, Set<java.net.URL>> resources = ClassLoaderResourceLoader.loadResources(fileName, classLoadersToLoad);
		// 遍历所有，反射生成SPI实现类并加入到extensionClasses集合中
		resources.forEach(((classLoader, urls) -> {
                loadFromClass(extensionClasses,...);
            }));
	}

	
}

Spring SPI

注意，该SPI机制属于 org.springframework.core包下，通常用在自定义spring-boot-starter中。

示例

在这里插入图片描述

public class TestSpringSpiApplication  {

    public static void main(String[] args) {

        List<TestSpringSpi> spiList = SpringFactoriesLoader.loadFactories(TestSpringSpi.class, Thread.currentThread().getContextClassLoader());

        for (TestSpringSpi spi : spiList) {
            spi.test();
        }
    }
}

SpringFactoriesLoader

public final class SpringFactoriesLoader {
	
	public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";
	// 缓存
	static final Map<ClassLoader, Map<String, List<String>>> cache = new ConcurrentReferenceHashMap<>();
	...


	public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryType, @Nullable ClassLoader classLoader) {
		Assert.notNull(factoryType, "'factoryType' must not be null");
		ClassLoader classLoaderToUse = classLoader;
		//classloader未指定就用该类的classloader
		if (classLoaderToUse == null) {
			classLoaderToUse = SpringFactoriesLoader.class.getClassLoader();
		}
		// 加载spi实现类的全类名
		List<String> factoryImplementationNames = loadFactoryNames(factoryType, classLoaderToUse);
		
		List<T> result = new ArrayList<>(factoryImplementationNames.size());
		
		for (String factoryImplementationName : factoryImplementationNames) {
			result.add(
				// 反射类加载
				instantiateFactory(factoryImplementationName, factoryType, classLoaderToUse)
			);
		}
		AnnotationAwareOrderComparator.sort(result);
		return result;
	}
	// 加载名称，这里主要做前置检查和结果处理
	public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryType, @Nullable ClassLoader classLoader) {
		... // 进一步检查
		// 加载所有的spring.factories中内容，并获取，没有就返回空列表
		return loadSpringFactories(classLoaderToUse)
					.getOrDefault(factoryTypeName, Collections.emptyList());
	}
	
	private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(ClassLoader classLoader) {
		// 先从缓存中获取所有加载的springfactories中内容
		Map<String, List<String>> result = cache.get(classLoader);
		if (result != null) {
			return result;
		}
		// 初始化加载
		result = new HashMap<>();
		try {
			// 获取到MEAT-INF/spring.factories文件的URL，通常就一个
			Enumeration<URL> urls = classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION);
			while (urls.hasMoreElements()) {
				URL url = urls.nextElement();
				UrlResource resource = new UrlResource(url);
				// 加载所有的key=value
				Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
				for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
						...
				}
			}

			// Replace all lists with unmodifiable lists containing unique elements
			result.replaceAll((factoryType, implementations) -> implementations.stream().distinct()
					.collect(Collectors.collectingAndThen(Collectors.toList(), Collections::unmodifiableList)));
			// 加入缓存
			cache.put(classLoader, result);
		}
		catch (IOException ex) {
			...
		}
		return result;
	}
}

总结

不管是哪一类，基本结构步骤就是

获取类加载器
利用类加载器在固定路径加载SPI文件，ClassLoader#getResources生成Enumeration<java.net.URL>对象（通常只有一个URL）
对URL对象实施解析，获取实现类全类名
反射实施类加载 Class#forName $\rightarrow$ Constructor#newInstance