Dubbo之SPI扩展机制原理与应用前言一、什么是SPI？二、如何通过SPI写我们自己的扩展？三、Dubbo之SPI原理总结

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我是靠谱客的博主会撒娇咖啡豆，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Dubbo之SPI扩展机制原理与应用前言一、什么是SPI？二、如何通过SPI写我们自己的扩展？三、Dubbo之SPI原理总结，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

今天要分享的是Dubbo的SPI扩展机制，说白了，这个扩展机制其实是Dubbo提供给用户自定义去实现自身的业务逻辑，在整个的RPC调用过程中，其中包括了过滤器扩展、协议扩展、线程池扩展等，理解这些的前提是首先对Dubbo整体框架设计以及服务注册/发现机制、服务调用链路有一定了解的情况下。

文章目录

前言
一、什么是SPI？
二、如何通过SPI写我们自己的扩展？
三、Dubbo之SPI原理？
总结

前言

分布式的环境下，学习服务治理框架必要性显而易见，直接上干货吧

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、什么是SPI？

简单说下，我们都知道Java SPI机制吧，全称为Service Provider Interface，也就是服务提供者接口，SPI的本质是将接口实现类的全限定名配置在配置文件中，并有服务加载器加载读取配置文件并加载。我们可以很灵活的动态的为接口替换实现类。Dubbo的SPI机制其实是对其的增强，好了，直接上代码；

1，Java SPI（用起来很简单吧）

//1.服务接口
public interface Robot {
    void sayHello();
}

//2.接下来定义两个实现类，分别为 OptimusPrime 和 Bumblebee。
public class OptimusPrime implements Robot {
    
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello, I am Optimus Prime.");
    }
}

public class Bumblebee implements Robot {

    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello, I am Bumblebee.");
    }
}

//3.接下来META-INF/services 文件夹下创建一个文件，名称为 Robot 的全限定名org.apache.spi.Robot
org.apache.spi.OptimusPrime
org.apache.spi.Bumblebee

//4.测试
public class JavaSPITest {

    @Test
    public void sayHello() throws Exception {
        ServiceLoader<Robot> serviceLoader = ServiceLoader.load(Robot.class);
        System.out.println("Java SPI");
        serviceLoader.forEach(Robot::sayHello);
    }
}

2、Dubbo SPI：其逻辑在ExtensionLoader类中封装，可加载指定的实现类，配置文件需要放在META-INF/dubbo路径下

public class DubboSPITest {

    @Test
    public void sayHello() throws Exception {
        ExtensionLoader<Robot> extensionLoader = 
            ExtensionLoader.getExtensionLoader(Robot.class);
        Robot optimusPrime = extensionLoader.getExtension("optimusPrime");
        optimusPrime.sayHello();
        Robot bumblebee = extensionLoader.getExtension("bumblebee");
        bumblebee.sayHello();
    }
}

二、如何通过SPI写我们自己的扩展？

1.调用拦截扩展

（1）扩展说明：

用户自定义filter默认在内置filter之后执行；
特殊值default表示缺省扩展点插入的位置，比如：filter="xxx,default,yyy"，在xxx之后执行，在yyy之前执行；
特殊符号' - ' 表示剔除某扩展点，比如：filter="-default"，剔除添加所有缺省扩展点；

（2）扩展接口

org.apache.dubbo.rpc.Filter

（3）扩展配置

<dubbo:reference filter="xxx,yyy" />



<dubbo:consumer filter="xxx,yyy"/>



<dubbo:service filter="xxx,yyy" />



<dubbo:provider filter="xxx,yyy"/>

（4）配置例子

//1，首先创建自定义过滤器并继承filter接口
package com.xxx;
 
import org.apache.dubbo.rpc.Filter;
import org.apache.dubbo.rpc.Invoker;
import org.apache.dubbo.rpc.Invocation;
import org.apache.dubbo.rpc.Result;
import org.apache.dubbo.rpc.RpcException;
 
public class XxxFilter implements Filter {
    public Result invoke(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) throws RpcException {
        // before filter ...
        Result result = invoker.invoke(invocation);
        // after filter ...
        return result;
    }
}

//2.在类路径下创建该过滤器接口全限定名的文件
META-INF/dubbo/org.apache.dubbo.rpc.Filter：

xxx=com.xxx.XxxFilter

2，其他扩展---不做具体介绍，配置使用方式和1中大致类似

协议扩展
线程池扩展
负载均衡扩展
以上可详见官网，有具体介绍

三、Dubbo之SPI原理

首先，dubbo的ExtensionLoder通过getExtensionLoader获取ExtensionLoader实例，ExtensionLoader通过getExtendion方法获取扩展类对象。直接上源码，如下：

public T getExtension(String name) {
    if (name == null || name.length() == 0)
        throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
    if ("true".equals(name)) {
        // 获取默认的拓展实现类
        return getDefaultExtension();
    }
    // Holder，顾名思义，用于持有目标对象
    Holder<Object> holder = cachedInstances.get(name);
    if (holder == null) {
        cachedInstances.putIfAbsent(name, new Holder<Object>());
        holder = cachedInstances.get(name);
    }
    Object instance = holder.get();
    // 双重检查
    if (instance == null) {
        synchronized (holder) {
            instance = holder.get();
            if (instance == null) {
                // 创建拓展实例
                instance = createExtension(name);
                // 设置实例到 holder 中
                holder.set(instance);
            }
        }
    }
    return (T) instance;
}

以上代码大致意思：通过传入扩展类的全限定名，若为true，则获取默认扩展类；否则，从缓存中获取，若缓存没有命中，则new一个新的hodler对象，加锁，进行双重判断，并去创建扩展实例子；接下来看createExtendsion方法具体实现

private T createExtension(String name) {
    // 从配置文件中加载所有的拓展类，可得到“配置项名称”到“配置类”的映射关系表
    Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);
    if (clazz == null) {
        throw findException(name);
    }
    try {
        T instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
        if (instance == null) {
            // 通过反射创建实例
            EXTENSION_INSTANCES.putIfAbsent(clazz, clazz.newInstance());
            instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
        }
        // 向实例中注入依赖
        injectExtension(instance);
        Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
        if (wrapperClasses != null && !wrapperClasses.isEmpty()) {
            // 循环创建 Wrapper 实例
            for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
           // 将当前 instance 作为参数传给 Wrapper 的构造方法，并通过反射创建 Wrapper 实例。
           // 然后向 Wrapper 实例中注入依赖，最后将 Wrapper 实例再次赋值给 instance 变量
                instance = injectExtension(
                    (T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
            }
        }
        return instance;
    } catch (Throwable t) {
        throw new IllegalStateException("...");
    }
}

createExtension 方法的逻辑稍复杂一下，包含了如下的步骤：

通过 getExtensionClasses 获取所有的拓展类
通过反射创建拓展对象
向拓展对象中注入依赖
将拓展对象包裹在相应的 Wrapper 对象中

以上步骤中，第一个步骤是加载拓展类的关键，第三和第四个步骤是 Dubbo IOC 与 AOP 的具体实现。在接下来的章节中，将会重点分析 getExtensionClasses 方法的逻辑，以及简单介绍 Dubbo IOC 的具体实现。

private Map<String, Class<?>> getExtensionClasses() {
    // 从缓存中获取已加载的拓展类
    Map<String, Class<?>> classes = cachedClasses.get();
    // 双重检查
    if (classes == null) {
        synchronized (cachedClasses) {
            classes = cachedClasses.get();
            if (classes == null) {
                // 加载拓展类
                classes = loadExtensionClasses();
                cachedClasses.set(classes);
            }
        }
    }
    return classes;
}

这里也是先检查缓存，若缓存未命中，则通过 synchronized 加锁。加锁后再次检查缓存，并判空。此时如果 classes 仍为 null，则通过 loadExtensionClasses 加载拓展类。下面分析 loadExtensionClasses 方法的逻辑。

private Map<String, Class<?>> loadExtensionClasses() {
    // 获取 SPI 注解，这里的 type 变量是在调用 getExtensionLoader 方法时传入的
    final SPI defaultAnnotation = type.getAnnotation(SPI.class);
    if (defaultAnnotation != null) {
        String value = defaultAnnotation.value();
        if ((value = value.trim()).length() > 0) {
            // 对 SPI 注解内容进行切分
            String[] names = NAME_SEPARATOR.split(value);
            // 检测 SPI 注解内容是否合法，不合法则抛出异常
            if (names.length > 1) {
                throw new IllegalStateException("more than 1 default extension name on extension...");
            }

            // 设置默认名称，参考 getDefaultExtension 方法
            if (names.length == 1) {
                cachedDefaultName = names[0];
            }
        }
    }

    Map<String, Class<?>> extensionClasses = new HashMap<String, Class<?>>();
    // 加载指定文件夹下的配置文件
    loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY);
    loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_DIRECTORY);
    loadDirectory(extensionClasses, SERVICES_DIRECTORY);
    return extensionClasses;
}

loadExtensionClasses 方法总共做了两件事情，一是对 SPI 注解进行解析，二是调用 loadDirectory 方法加载指定文件夹配置文件。SPI 注解解析过程比较简单，无需多说。下面我们来看一下 loadDirectory 做了哪些事情。

private void loadDirectory(Map<String, Class<?>> extensionClasses, String dir) {
    // fileName = 文件夹路径 + type 全限定名 
    String fileName = dir + type.getName();
    try {
        Enumeration<java.net.URL> urls;
        ClassLoader classLoader = findClassLoader();
        // 根据文件名加载所有的同名文件
        if (classLoader != null) {
            urls = classLoader.getResources(fileName);
        } else {
            urls = ClassLoader.getSystemResources(fileName);
        }
        if (urls != null) {
            while (urls.hasMoreElements()) {
                java.net.URL resourceURL = urls.nextElement();
                // 加载资源
                loadResource(extensionClasses, classLoader, resourceURL);
            }
        }
    } catch (Throwable t) {
        logger.error("...");
    }
}

loadDirectory 方法先通过 classLoader 获取所有资源链接，然后再通过 loadResource 方法加载资源。我们继续跟下去，看一下 loadResource 方法的实现。

private void loadResource(Map<String, Class<?>> extensionClasses, 
	ClassLoader classLoader, java.net.URL resourceURL) {
    try {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(
            new InputStreamReader(resourceURL.openStream(), "utf-8"));
        try {
            String line;
            // 按行读取配置内容
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                // 定位 # 字符
                final int ci = line.indexOf('#');
                if (ci >= 0) {
                    // 截取 # 之前的字符串，# 之后的内容为注释，需要忽略
                    line = line.substring(0, ci);
                }
                line = line.trim();
                if (line.length() > 0) {
                    try {
                        String name = null;
                        int i = line.indexOf('=');
                        if (i > 0) {
                            // 以等于号 = 为界，截取键与值
                            name = line.substring(0, i).trim();
                            line = line.substring(i + 1).trim();
                        }
                        if (line.length() > 0) {
                            // 加载类，并通过 loadClass 方法对类进行缓存
                            loadClass(extensionClasses, resourceURL, 
                                      Class.forName(line, true, classLoader), name);
                        }
                    } catch (Throwable t) {
                        IllegalStateException e = new IllegalStateException("Failed to load extension class...");
                    }
                }
            }
        } finally {
            reader.close();
        }
 } catch (Throwable t) {
        logger.error("Exception when load extension class...");
    }
}

loadResource 方法用于读取和解析配置文件，并通过反射加载类，最后调用 loadClass 方法进行其他操作。loadClass 方法用于主要用于操作缓存，该方法的逻辑如下：

private void loadClass(Map<String, Class<?>> extensionClasses, java.net.URL resourceURL, 
    Class<?> clazz, String name) throws NoSuchMethodException {
    
    if (!type.isAssignableFrom(clazz)) {
        throw new IllegalStateException("...");
    }

    // 检测目标类上是否有 Adaptive 注解
    if (clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
        if (cachedAdaptiveClass == null) {
            // 设置 cachedAdaptiveClass缓存
            cachedAdaptiveClass = clazz;
        } else if (!cachedAdaptiveClass.equals(clazz)) {
            throw new IllegalStateException("...");
        }
        
    // 检测 clazz 是否是 Wrapper 类型
    } else if (isWrapperClass(clazz)) {
        Set<Class<?>> wrappers = cachedWrapperClasses;
        if (wrappers == null) {
            cachedWrapperClasses = new ConcurrentHashSet<Class<?>>();
            wrappers = cachedWrapperClasses;
        }
        // 存储 clazz 到 cachedWrapperClasses 缓存中
        wrappers.add(clazz);
        
    // 程序进入此分支，表明 clazz 是一个普通的拓展类
    } else {
        // 检测 clazz 是否有默认的构造方法，如果没有，则抛出异常
        clazz.getConstructor();
        if (name == null || name.length() == 0) {
            // 如果 name 为空，则尝试从 Extension 注解中获取 name，或使用小写的类名作为 name
            name = findAnnotationName(clazz);
            if (name.length() == 0) {
                throw new IllegalStateException("...");
            }
        }
        // 切分 name
        String[] names = NAME_SEPARATOR.split(name);
        if (names != null && names.length > 0) {
            Activate activate = clazz.getAnnotation(Activate.class);
            if (activate != null) {
                // 如果类上有 Activate 注解，则使用 names 数组的第一个元素作为键，
                // 存储 name 到 Activate 注解对象的映射关系
                cachedActivates.put(names[0], activate);
            }
            for (String n : names) {
                if (!cachedNames.containsKey(clazz)) {
                    // 存储 Class 到名称的映射关系
                    cachedNames.put(clazz, n);
                }
                Class<?> c = extensionClasses.get(n);
                if (c == null) {
                    // 存储名称到 Class 的映射关系
                    extensionClasses.put(n, clazz);
                } else if (c != clazz) {
                    throw new IllegalStateException("...");
                }
            }
        }
    }
}

如上，loadClass 方法操作了不同的缓存，比如 cachedAdaptiveClass、cachedWrapperClasses 和 cachedNames 等等。除此之外，该方法没有其他什么逻辑了。

总结

本篇文章简单分别介绍了 Java SPI 与 Dubbo SPI 用法，并对 Dubbo SPI 的加载拓展类的过程进行了分析。另外，在 Dubbo SPI 中还有一块重要的逻辑这里没有进行分析，即 Dubbo SPI 的扩展点自适应机制。该机制的逻辑较为复杂，我们将会在下一篇文章中进行详细的分析。。