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解析Apache Dubbo的SPI實現(xiàn)機制

 更新時間:2021年06月22日 10:33:37   作者:vivo互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)  
SPI全稱為Service Provider Interface,對應(yīng)中文為服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制。SPI類似一種可插拔機制,首先需要定義一個接口或一個約定,然后不同的場景可以對其進行實現(xiàn),調(diào)用方在使用的時候無需過多關(guān)注具體的實現(xiàn)細節(jié)

一、SPI

在Java中,SPI體現(xiàn)了面向接口編程的思想,滿足開閉設(shè)計原則。

1.1、JDK自帶SPI實現(xiàn)

從JDK1.6開始引入SPI機制后,可以看到很多使用SPI的案例,比如最常見的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動實現(xiàn),在JDK中只定義了java.sql.Driver的接口,具體實現(xiàn)由各數(shù)據(jù)庫廠商來提供。下面一個簡單的例子來快速了解下Java SPI的使用方式:

1)定義一個接口

package com.vivo.study
public interface Car {
void getPrice();
}

2)接口實現(xiàn)

package com.vivo.study.impl
 
/**
 * 實現(xiàn)一
 *
 */
public class AudiCar implements Car {
    @Override
    public void getPrice() {
        System.out.println("Audi A6L's price is  500000 RMB.");
    }
}
 
package com.vivo.study.impl
/**
 * 實現(xiàn)二
 *
 */
public class BydCar implements Car {
    @Override
    public void getPrice() {
        System.out.println("BYD han's price is 220000 RMB.");
    }
}

3)掛載擴展類信息

在META-INF/services目錄下以接口全名為文件名的文本文件,對應(yīng)此處即在META-INF/services目錄下創(chuàng)建一個文件名為com.vivo.study.Car的文件,文件內(nèi)容如下:

com.vivo.study.impl.AudiCar
com.vivo.study.impl.BydCar

4)使用

public class SpiDemo {
public static void main(String[] args) {
        ServiceLoader<Car> load = ServiceLoader.load(Car.class);
        Iterator<Car> iterator = load.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
            Car car = iterator.next();
            car.getPrice();
        }
    }
}

上面的例子簡單的介紹了JDK SPI機制的使用方式,其中最關(guān)鍵的類為ServiceLoader,通過ServiceLoader類來加載接口的實現(xiàn)類,ServiceLoader是Iterable接口的實現(xiàn)類,對于ServiceLoader加載的詳細過程此處不展開。

JDK對SPI的加載實現(xiàn)存在一個較為突出的小缺點,無法按需加載實現(xiàn)類,通過ServiceLoader.load加載時會將文件中的所有實現(xiàn)都進行實例化,如果想要獲取具體某個具體的實現(xiàn)類需要進行遍歷判斷。

1.2、Dubbo SPI

SPI擴展是Dubbo的最大的優(yōu)點之一,支持協(xié)議擴展、調(diào)用攔截擴展、引用監(jiān)聽擴展等等。在Dubbo中,根據(jù)不同的擴展定位,擴展文件分別被放置在META-INF/dubbo/internal/,META-INF/dubbo/,META-INF/services/這三個路徑下。

Dubbo中有直接使用JDK SPI實現(xiàn)的方式,比如org.apache.dubbo.common.extension.LoadingStrategy放在META-INF/services/路徑下,但大多情況下都是使用其自身對JDK SPI的實現(xiàn)的一種優(yōu)化方式,可稱為Dubbo SPI,也就是本文要講解的點。

相比于JDK的SPI的實現(xiàn),Dubbo SPI具有以下特點:

  • 配置形式更靈活:支持以key:value的形式在文件里配置類似name:xxx.xxx.xxx.xx,后續(xù)可以通過name來進行擴展類按需精準獲取。
  • 緩存的使用:使用緩存提升性能,保證一個擴展實現(xiàn)類至多會加載一次。
  • 對擴展類細分擴展:支持擴展點自動包裝(Wrapper)、擴展點自動裝配、擴展點自適應(yīng)(@Adaptive)、擴展點自動激活(@Activate)。

Dubbo對擴展點的加載主要由ExtensionLoader這個類展開。

二、加載-ExtensionLoader

ExtensionLoader在Dubbo里的角色類似ServiceLoader在JDK中的存在,用于加載擴展類。在Dubbo源碼里,隨處都可以見到ExtensionLoader的身影,比如在服務(wù)暴露里的關(guān)鍵類ServiceConfig中等,弄清楚ExtensionLoader的實現(xiàn)細節(jié)對閱讀Dubbo源碼有很大的幫助。

2.1、獲取ExtensionLoader的實例

ExtensionLoader沒有提供共有的構(gòu)造函數(shù),

只能通過ExtensionLoader.getExtensionLoader(Class type)來獲取ExtensionLoader實例。

public
 
    // ConcurrentHashMap緩存,key -> Class value -> ExtensionLoader實例
    private static final ConcurrentMap<Class<?>, ExtensionLoader<?>> EXTENSION_LOADERS = new ConcurrentHashMap<>(64);
 
    private ExtensionLoader(Class<?> type) {
        this.type = type;
        objectFactory = (type == ExtensionFactory.class ? null : ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension());
    }
 
    public static <T> ExtensionLoader<T> getExtensionLoader(Class<T> type) {
        if (type == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Extension type == null");
        }
        // 檢查是否是接口,如果不是則拋出異常
        if (!type.isInterface()) {
            throw new IllegalArgumentException("Extension type (" + type + ") is not an interface!");
        }
 
        // 檢查接口是否是被@SPI注解修飾,如果沒有則拋出異常
        if (!withExtensionAnnotation(type)) {
            throw new IllegalArgumentException("Extension type (" + type +
                    ") is not an extension, because it is NOT annotated with @" + SPI.class.getSimpleName() + "!");
        }
 
        // 從緩存里取,沒有則初始化一個并放入緩存EXTENSION_LOADERS中
        ExtensionLoader<T> loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
        if (loader == null) {
            EXTENSION_LOADERS.putIfAbsent(type, new ExtensionLoader<T>(type));
            loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
        }
        return loader;
    }
}

上面的代碼展示了獲取ExtensionLoader實例的過程,可以看出,每一個被@SPI修飾的接口都會對應(yīng)同一個ExtensionLoader實例,且對應(yīng)ExtensionLoader只會被初始化一次,并緩存在ConcurresntHashMap中。

2.2、加載擴展類

加載擴展類入口,當(dāng)使用ExtensionLoader時,getExtensionName、getActivateExtension或是getDefaultExtension都要經(jīng)過getExtensionClasses方法來加載擴展類,如下圖;

getExtensionClasses方法調(diào)用的路徑如下圖,getExtensionClasses是加載擴展類的一個起點,會首先從緩存中獲取,如果緩存中沒有則通過loadExtensionClasses方法來加載擴展類,所以說實際上的加載邏輯入口在loadExtensionClasses。

getExtensionClasses

  |->loadExtensionClasses

    |->cacheDefaultExtensionName

    |->loadDirectory

      |->loadResource

        |->loadClass

2.2.1、loadExtensionClasses加載擴展類

由于整個加載過程設(shè)計的源碼較多,因此用一個流程圖來進行描述,具體細節(jié)可以結(jié)合源碼進行查看。

loadExtensionClasses主要做了以下這幾件事:

默認擴展名:

抽取默認擴展實現(xiàn)名并緩存在ExtensionLoader里的cachedDefaultName,默認擴展名配置通過@SPI注解在接口上配置,如配置@SPI("defaultName")則默認擴展名為defaultName。

加載擴展類信息:

從META-INF/dubbo/internal/,META-INF/dubbo/,META-INF/services/這三個路徑下尋找以類的全路徑名命名的文件,并逐行讀取文件里的內(nèi)容。

加載class并緩存:

對擴展類分為自適應(yīng)擴展實現(xiàn)類(被@Adaptive修飾的實現(xiàn)類)、包裝類(擁有一個只有一個為這個接口類型的參數(shù)的構(gòu)造方法)、普通擴展類,其中普通擴展類中又包含自動激活擴展類(被@Activate修飾的類)和真普通的類,對自適應(yīng)擴展實現(xiàn)類、包裝類、自動激活擴展類這三種類型的類分別加載并分別緩存到cachedAdaptiveClass、cachedActivates、cachedWrapperClasses。

返回結(jié)果Map<String, Class<?>>:

結(jié)果返回Map,其中key對應(yīng)擴展文件里配置的name,value對應(yīng)擴展的類class,最后在getExtensionClasses方法里會將此結(jié)果放入緩存cachedClasses中。此結(jié)果Map中包含除了自適應(yīng)擴展實現(xiàn)類和包裝實現(xiàn)類的其他所用的擴展類名與對應(yīng)類的映射關(guān)系。

通過loadExtensionClasses方法把擴展類(Class對象)都加載到相應(yīng)的緩存中,是為了方便后面實例化擴展類對象,通過newInstance()等方法來實例化。

2.2.2、擴展包裝類

什么是擴展包裝類?是不是類名結(jié)尾包含了Wrapper的類就是擴展包裝類?

在Dubbo SPI接口的實現(xiàn)擴展類中,如果此類包含一個此接口作為參數(shù)的構(gòu)造方法,則為擴展包裝類。擴展包裝類的作用是持有具體的擴展實現(xiàn)類,可以一層一層的被包裝,作用類似AOP。

包裝擴展類的作用是類似AOP,方便擴展增強。具體實現(xiàn)代碼如下:

從代碼中可以得出,可以通過boolean wrap選擇是否使用包裝類,默認情況下為true;如果有擴展包裝類,實際的實現(xiàn)類會被包裝類按一定的順序一層一層包起來。

如Protocol的實現(xiàn)類ProtocolFilterWrapper、ProtocolListenerWrapper都是擴展包裝類。

2.2.3、自適應(yīng)擴展實現(xiàn)類

@Adaptive

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
public @interface Adaptive {
String[] value() default {};
}

從源碼以及源碼注釋中可以得出以下幾點:

  • Adaptive是一個注解,可以修飾類(接口,枚舉)和方法。
  • 此注解的作用是為ExtensionLoader注入擴展實例提供有用的信息。

從注釋中理解value的作用:

  • value可以決定選擇使用具體的擴展類。
  • 通過value配置的值key,在修飾的方法的入?yún)rg.apache.dubbo.common.URL中通過key獲取到對應(yīng)的值value,根據(jù)value作為extensionName去決定使用對應(yīng)的擴展類。
  • 如果通過2沒有找到對應(yīng)的擴展,會選擇默認的擴展類,通過@SPI配置默認擴展類。

@Adaptive簡單例子

由于@Adaptive修飾類時比較好理解,這里舉一個@Adaptive修飾方法的例子,使用@Adaptive修飾方法的這種情況在Dubbo也是隨處可見。

/**
* Dubbo SPI 接口
*/
@SPI("impl1")
public interface SimpleExt {
    @Adaptive({"key1", "key2"})
    String yell(URL url, String s);
}

如果調(diào)用

ExtensionLoader.getExtensionLoader(SimpleExt.class).getAdaptiveExtension().yell(url, s)方法,最終調(diào)用哪一個擴展類的實例去執(zhí)行yell方法的流程大致為:先獲取擴展類的名稱extName(對應(yīng)上面說的name:class中的name),然后通過extName來獲取對應(yīng)的類Class,再實例化進行調(diào)用。所以關(guān)鍵的步驟在怎么得到extName,上面的這個例子得到extName的流程為:

  • 通過url.getParameters.get("key1")獲取,
  • 沒有獲取到則用url.getParameters.get("key2"),如果還是沒有獲取到則使用impl1對應(yīng)的實現(xiàn)類,最后還是沒有獲取到則拋異常IllegalStateException。

可以看出,@Adaptive的好處就是可以通過方法入?yún)Q定具體調(diào)用哪一個實現(xiàn)類。下面會對@Adaptive的具體實現(xiàn)進行詳細分析。

@Adaptive加載流程

流程關(guān)鍵點說明:

1)黃色標(biāo)記的,cachedAdaptiveClass是在ExtensionLoader#loadClass方法中加載Extension類時緩存的。

2)綠色標(biāo)記的,如果Extension類中存在被@Adaptive修飾的類時會使用該類來初始化實例。

3)紅色標(biāo)記的,如果Extension類中不存在被@Adaptive修飾的類時,則需要動態(tài)生成代碼,通過javassist(默認)來編譯生成Xxxx$Adaptive類來實例化。

4)實例化后通過injectExtension來將Adaptive實例的Extension注入(屬性注入)。

后續(xù)圍繞上述的關(guān)鍵點3詳細展開,關(guān)鍵點4此處不展開。

動態(tài)生成Xxx$Adaptive類:下面的代碼為動態(tài)生成Adaptive類的相關(guān)代碼,具體生成代碼的細節(jié)在AdaptiveClassCodeGenerator#generate中

public class ExtensionLoader<T> {
// ...
private Class<?> getAdaptiveExtensionClass() {
// 根據(jù)對應(yīng)的SPI文件加載擴展類并緩存,細節(jié)此處不展開
        getExtensionClasses();
// 如果存在被@Adaptive修飾的類則直接返回此類
if (cachedAdaptiveClass != null) {
return cachedAdaptiveClass;
        }
// 動態(tài)生成Xxxx$Adaptive類
return cachedAdaptiveClass = createAdaptiveExtensionClass();
    }
private Class<?> createAdaptiveExtensionClass() {
// 生成Xxxx$Adaptive類代碼,可自行加日志或斷點查看生成的代碼
        String code = new AdaptiveClassCodeGenerator(type, cachedDefaultName).generate();
        ClassLoader classLoader = findClassLoader();
// 獲取動態(tài)編譯器,默認為javassist
        org.apache.dubbo.common.compiler.Compiler compiler = ExtensionLoader.getExtensionLoader(org.apache.dubbo.common.compiler.Compiler.class).getAdaptiveExtension();
return compiler.compile(code, classLoader);
    }
}

AdaptiveClassCodeGenerator#generate生成code的方式是通過字符串拼接,大量使用String.format,整個代碼過程比較繁瑣,可通過debug去了解細節(jié)。

最關(guān)鍵的的部分是生成被@Adaptive修飾的方法的內(nèi)容,也就是最終調(diào)用實例的@Adaptive方法時,可通過參數(shù)來動態(tài)選擇具體使用哪個擴展實例。下面對此部分進行分析:

public class AdaptiveClassCodeGenerator {
// ...
/**
     * generate method content
     */
private String generateMethodContent(Method method) {
// 獲取方法上的@Adaptive注解
        Adaptive adaptiveAnnotation = method.getAnnotation(Adaptive.class);
        StringBuilder code = new StringBuilder(512);
if (adaptiveAnnotation == null) {
// 方法時沒有@Adaptive注解,生成不支持的代碼
return generateUnsupported(method);
        } else {
// 方法參數(shù)里URL是第幾個參數(shù),不存在則為-1
int urlTypeIndex = getUrlTypeIndex(method);
// found parameter in URL type
if (urlTypeIndex != -1) {
// Null Point check
                code.append(generateUrlNullCheck(urlTypeIndex));
            } else {
// did not find parameter in URL type
                code.append(generateUrlAssignmentIndirectly(method));
            }
// 獲取方法上@Adaptive配置的value
// 比如 @Adaptive({"key1","key2"}),則會返回String數(shù)組{"key1","key2"}
// 如果@Adaptive沒有配置value,則會根據(jù)簡寫接口名按駝峰用.分割,比如SimpleExt對應(yīng)simple.ext
            String[] value = getMethodAdaptiveValue(adaptiveAnnotation);
// 參數(shù)里是否存在org.apache.dubbo.rpc.Invocation
            boolean hasInvocation = hasInvocationArgument(method);
            code.append(generateInvocationArgumentNullCheck(method));
// 生成String extName = xxx;的代碼 ,extName用于獲取具體的Extension實例
            code.append(generateExtNameAssignment(value, hasInvocation));
// check extName == null?
            code.append(generateExtNameNullCheck(value));
            code.append(generateExtensionAssignment());
// return statement
            code.append(generateReturnAndInvocation(method));
        }
return code.toString();
    }
}

上述生成Adaptive類的方法內(nèi)容中最關(guān)鍵的步驟在生成extName的部分,也就是generateExtNameAssignment(value,hasInvocation),此方法if太多了(有點眼花繚亂)。

以下列舉幾個例子對此方法的實現(xiàn)流程進行簡單展示:假設(shè)方法中的參數(shù)不包含org.apache.dubbo.rpc.Invocation,包含org.apache.dubbo.rpc.Invocation的情況會更加復(fù)雜。

1)方法被@Adaptive修飾,沒有配置value,且在接口@SPI上配置了默認的實現(xiàn)

@SPI("impl1")
public interface SimpleExt {
@Adaptive
String echo(URL url, String s);
}

對應(yīng)生成extName的代碼為:

String extName = url.getParameter("simple.ext", "impl1")

2)方法被@Adaptive修飾,沒有配置value,且在接口@SPI上沒有配置默認的實現(xiàn)

@SPI("impl1")
public interface SimpleExt {
@Adaptive({"key1", "key2"})
String yell(URL url, String s);
}

對應(yīng)生成extName的代碼為:

String extName = url.getParameter( "simple.ext")

3)方法被@Adaptive修飾,配置了value(假設(shè)兩個,依次類推),且在接口@SPI上配置了默認的實現(xiàn)

@SPI
public interface SimpleExt {
@Adaptive({"key1", "key2"})
String yell(URL url, String s);
}

對應(yīng)生成extName的代碼為:

String extName = url.getParameter("key1", url.getParameter("key2", "impl1"));

4)方法被@Adaptive修飾,配置了value(假設(shè)兩個,依次類推),且在接口@SPI沒有配置默認的實現(xiàn)

@SPI
public interface SimpleExt {
@Adaptive({"key1", "key2"})
String yell(URL url, String s);
}

對應(yīng)生成extName的代碼為:

String extName = url.getParameter("key1", url.getParameter("key2"));

完整的生成類可參見附錄。

2.2.4、自動激活擴展類

如果你有擴展實現(xiàn)過Dubbo的Filter,那么一定會對@Activate很熟悉。@Activate注解的作用是可以通過給定的條件來自動激活擴展實現(xiàn)類,通過ExtensionLoader#getActivateExtension(URL,String, String)方法可以找到指定條件下需要激活的擴展類列表。

下面以一個例子來對@Activate的作用進行說明,在Consumer調(diào)用Dubbo接口時,會經(jīng)過消費方的過濾器鏈以及提供方的過濾器鏈,在Provider暴露服務(wù)的過程中會拼接需要使用哪些Filter。

對應(yīng)源碼中的位置在ProtocolFilterWrapper#buildInvokerChain(invoker, key, group)方法中。

// export:key-> service.filter ; group-> provider
private static <T> Invoker<T> buildInvokerChain(final Invoker<T> invoker, String key, String group) {
    // 在Provider暴露服務(wù)服務(wù)export時,會根據(jù)獲取Url中的service.filter對應(yīng)的值和group=provider來獲取激活對應(yīng)的Filter
    List<Filter> filters = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Filter.class).getActivateExtension(invoker.getUrl(), key, group);
}

ExtensionLoader#getActivateExtension(URL, String, String)是怎么根據(jù)條件來自動激活對應(yīng)的擴展類列表的可以自行查看該方法的代碼,此處不展開。

三、總結(jié)

本文主要對Dubbo SPI機制的擴展類加載過程通過ExtensionLoader類源碼來進行總結(jié),可以概況為以下幾點:

1.Dubbo SPI結(jié)合了JDK SPI的實現(xiàn),并在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)化,如精準按需加載擴展類、緩存提升性能。

2.分析ExtensionLoader加載擴展類的過程,加載META-INF/dubbo/internal/,META-INF/dubbo/,META-INF/services/這三個路徑下的文件,并分類緩存在ExtensionLoader實例。

3.介紹擴展包裝類及其實現(xiàn)過程,擴展包裝類實現(xiàn)了類似AOP的功能。

4.自適應(yīng)擴展類,分析@Adptive修飾方法時動態(tài)生成Xxx$Adaptive類的過程,以及通過參數(shù)自適應(yīng)選擇擴展實現(xiàn)類完成方法調(diào)用的案例介紹。

簡單介紹自動激活擴展類及@Activate的作用。

四、附錄

Xxx$Adaptive完整案例

@SPI接口定義

@SPI("impl1")
public interface SimpleExt {
    // @Adaptive example, do not specify a explicit key.
    @Adaptive
    String echo(URL url, String s);
 
    @Adaptive({"key1", "key2"})
    String yell(URL url, String s);
 
    // no @Adaptive
    String bang(URL url, int i);
}

生成的Adaptive類代碼

package org.apache.dubbo.common.extension.ext1;
  
import org.apache.dubbo.common.extension.ExtensionLoader;
  
public class SimpleExt$Adaptive implements org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt {
  
    public java.lang.String yell(org.apache.dubbo.common.URL arg0, java.lang.String arg1) {
        if (arg0 == null) throw new IllegalArgumentException("url == null");
        org.apache.dubbo.common.URL url = arg0;
        String extName = url.getParameter("key1", url.getParameter("key2", "impl1"));
        if (extName == null)
            throw new IllegalStateException("Failed to get extension (org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt) name from url (" + url.toString() + ") use keys([key1, key2])");
        org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt extension = (org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt)ExtensionLoader.getExtensionLoader(org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt.class).getExtension(extName);
        return extension.yell(arg0, arg1);
    }
  
    public java.lang.String echo(org.apache.dubbo.common.URL arg0, java.lang.String arg1) {
        if (arg0 == null) throw new IllegalArgumentException("url == null");
        org.apache.dubbo.common.URL url = arg0;
        String extName = url.getParameter("simple.ext", "impl1");
        if (extName == null)
            throw new IllegalStateException("Failed to get extension (org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt) name from url (" + url.toString() + ") use keys([simple.ext])");
        org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt extension = (org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt) ExtensionLoader.getExtensionLoader(org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt.class).getExtension(extName);
        return extension.echo(arg0, arg1);
    }
  
    public java.lang.String bang(org.apache.dubbo.common.URL arg0, int arg1) {
        throw new UnsupportedOperationException("The method public abstract java.lang.String org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt.bang(org.apache.dubbo.common.URL,int) of interface org.apache.dubbo.common.extension.ext1.SimpleExt is not adaptive method!");
    }
  
}

以上就是解析Apache Dubbo的SPI實現(xiàn)機制的詳細內(nèi)容,更多關(guān)于Apache Dubbo的SPI實現(xiàn)機制的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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    2021-11-11
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    2022-11-11
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