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前言
大家好，我是小彭。
过来两年，咱们在掘金平台上公布过一些文章，小彭也受到了大家的意见和激励。最近，小彭会陆续搬运到公众号上。
学习路线图：
1. 意识服务发现？
1.1 什么是服务发现
服务发现（Service Provider Interface，SPI）是一个服务的注册与发现机制，通过解耦服务提供者与服务使用者，实现了服务创立 & 服务应用的关注点拆散。 服务提供模式能够为咱们带来以下益处：
- 1、在内部注入或配置依赖项，因而咱们能够重用这些组件。当咱们须要批改依赖项的实现时，不须要大量批改很多处代码，只须要批改一小部分代码；
- 2、能够注入依赖项的模仿实现，让代码测试更加容易。
服务发现示意图
1.2 服务发现和依赖注入的区别
服务发现和依赖注入都是管制反转 Ioc 的实现模式之一。 IoC 能够认为是一种设计模式，然而因为实践成熟的工夫绝对较晚，所以没有蕴含在《设计模式 · GoF》之中，即： 当依赖方须要应用依赖项时，不再间接结构对象，而是由内部 IoC 容器来创立并提供依赖。
- 1、服务提供模式： 从内部服务容器抓取依赖对象，调用方能够 “被动” 管制申请依赖对象的机会；
- 2、依赖注入： 并以参数的模式注入依赖对象，调用方 “被动” 接管内部注入的依赖对象。
2. JDK ServiceLoader 的应用步骤
在剖析 ServiceLoader 的应用原理之前，咱们先来介绍下 ServiceLoader 的应用步骤。
咱们间接以 JDBC 作为例子，其中「2、连贯数据库」外部就是用了 ServiceLoader。为什么连贯数据库须要应用 SPI 设计思维呢？因为操作数据库须要应用厂商提供的数据库驱动程序，如果间接应用厂商的驱动耦合太强了，而应用 SPI 设计就可能实现服务提供者与服务使用者解耦。
以下为应用步骤，具体分为 5 个步骤：
- 1、（非必须）执行数据库驱动类加载：
Class.forName("com.mysql.jdbc.driver")- 2、连贯数据库：
DriverManager.getConnection(url, user, password)- 3、创立SQL语句：
Connection#.creatstatement();- 4、执行SQL语句并处理结果集：
Statement#executeQuery()- 5、开释资源：
ResultSet#close()Statement#close()Connection#close()上面，咱们一步步手写 JDBC 中对于 ServiceLoader 的相干源码：
步骤 1：定义服务接口
定义一个驱动接口，这个接口将由数据库驱动实现类实现。在服务发现框架中，这个接口就是服务接口。
public interface Driver { // 创立数据库连贯 Connection connect(String url, java.util.Properties info); ...}步骤 2：实现服务接口
数据库厂商提供一个或多个实现 Driver 接口的驱动实现类，以 mysql 和 oracle 为例：
- mysql：
com.mysql.cj.jdbc.Driver.java
// 已简化public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver { static { // 注册驱动 java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver()); } ...}- oracle：
oracle.jdbc.driver.OracleDriver.java
// 已简化public class OracleDriver implements Driver { private static OracleDriver defaultDriver = null; static { if (defaultDriver == null) { // 1、单例 defaultDriver = new OracleDriver(); // 注册驱动 DriverManager.registerDriver(defaultDriver); } } ...}步骤3：注册实现类到配置文件
在工程目录 java 的同级目录中新建目录 resources/META-INF/services ，新建一个配置文件 java.sql.Driver（文件名为服务接口的全限定名），文件中每一行是实现类的全限定名，例如：
com.mysql.cj.jdbc.Driver咱们能够解压 mysql-connector-java-8.0.19.jar 包，找到对应的 META-INF 文件夹。
步骤4：（应用方）加载服务
DriverManaer.java
// 已简化static { loadInitialDrivers();}// 入口private static void loadInitialDrivers() { ... // 读取 "jdbc.drivers" 属性 String drivers = System.getProperty("jdbc.drivers"); // 1、应用 ServiceLoader 遍历 Driver 服务接口的实现类 ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class); // 2、取得迭代器 Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator(); // 3、迭代（ServiceLoader 外部会通过反射） while(driversIterator.hasNext()) { driversIterator.next(); } return null; ...}能够看到，DriverManager 被类加载时（static{}）会调用 loadInitialDrivers() 。这个办法外部通过 ServiceLoader 提供的迭代器 Iterator<Driver> 遍历了所有驱动实现类。那么，ServiceLoader 是如何实例化 Driver 接口的实现类的呢？下一节，咱们会深刻 ServiceLoader 的源码来解答这个问题。
3. ServiceLoader 源码解析
3.1 ServiceLoader 入口办法
ServiceLoader 提供了三个动态泛型工厂办法，外部最终将调用 ServiceLoader.load(Class, ClassLoader)，其中第一个参数就是服务接口的 Class 对象。
ServiceLoader.java
// 办法 1：public static <S> ServiceLoader<S> loadInstalled(Class<S> service) { // 应用 SystemClassLoader 类加载器 ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader(); ClassLoader prev = null; while (cl != null) { prev = cl; cl = cl.getParent(); } return ServiceLoader.load(service, prev);}// 办法 2：public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) { // 应用线程上下文类加载器 ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); return ServiceLoader.load(service, cl);}// 办法 3（最终走到这个办法）：public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service, ClassLoader loader){ return new ServiceLoader<>(service, loader);}能够看到，三个办法仅在传入的类加载器不同，最终只是返回了一个面向服务接口 S 的 ServiceLoader 对象。咱们先看一下结构器里做了什么工作。
3.2 ServiceLoader 构造方法
ServiceLoader.java
// 已简化private final Class<S> service;// 服务实现缓存private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) { // 1、类加载器 loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl; // 2、清空 providers providers.clear(); // 3、实例化 LazyIterator lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);}能够看到，ServiceLoader 的结构器中次要就是实例化了一个 LazyIterator 迭代器的实例，这是一个「懒加载」的迭代器。这个迭代器里做了什么呢？咱们持续往下看
3.3 LazyIterator 迭代器
ServiceLoader.java
// -> 3、实例化 LazyIterator// 前文提到的配置文件门路private static final String PREFIX = "META-INF/services/";private class LazyIterator implements Iterator<S> { // 服务接口 Class 对象 Class<S> service; ClassLoader loader; Enumeration<URL> configs = null; // pending、nextName：用于解析配置文件中的服务实现类名 Iterator<String> pending = null; String nextName = null; private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) { this.service = service; this.loader = loader; } // 3.1 判断是否有下一个服务实现 @Override public boolean hasNext() { return hasNextService(); } // 3.2 返回下一个服务实现 @Override public S next() { return nextService(); } @Override public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } // -> 3.1 判断是否有下一个服务实现 private boolean hasNextService() { if (nextName != null) { return true; } if (configs == null) { // 3.1.1 拼接配置文件门路：META-INF/services/服务接口的全限定名 String fullName = PREFIX + service.getName(); if (loader == null) configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName); else configs = loader.getResources(fullName); } // 3.1.2 parse：解析配置文件资源的迭代器 while ((pending == null) || !pending.hasNext()) { if (!configs.hasMoreElements()) { return false; } pending = parse(service, configs.nextElement()); } // 3.1.3 下一个实现类的全限定名 nextName = pending.next(); return true; } // 3.2 返回下一个服务实现 private S nextService() { if (!hasNextService()) throw new NoSuchElementException(); String cn = nextName; nextName = null; // 3.2.1 应用类加载器 loader 加载 Class<?> c = Class.forName(cn, false /* 不执行初始化 */, loader); if (!service.isAssignableFrom(c)) { // 查看是否实现 S 接口 ClassCastException cce = new ClassCastException(service.getCanonicalName() + " is not assignable from " + c.getCanonicalName()); fail(service, "Provider " + cn + " not a subtype", cce); } // 3.2.2 应用反射创立服务类实例 S p = service.cast(c.newInstance()); // 3.2.3 服务实现类缓存到 providers providers.put(cn, p); return p; }}// -> 3.1.2 parse：解析配置文件资源的迭代器private Iterator<String> parse(Class<?> service, URL u) throws ServiceConfigurationError { // 应用 UTF-8 编码输出配置文件资源 InputStream in = u.openStream(); BufferedReader r = new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "utf-8")); ArrayList<String> names = new ArrayList<>(); int lc = 1; while ((lc = parseLine(service, u, r, lc, names)) >= 0); return names.iterator();}以上代码曾经十分简化了，LazyIterator 的要点如下：
hasNext() 判断逻辑：
- 3.1.1 拼接配置文件门路：「META-INF/services/服务接口的全限定名」；
- 3.1.2 解析配置文件资源的迭代器；
- 3.1.3 找到下一个实现类的全限定名。
next() 逻辑：
- 3.2.1 应用类加载器 loader 加载（不执行初始化）；
- 3.2.2 应用反射创立服务类实例；
- 3.2.3 服务实现类缓存到 providers。
小结一下： LazyInterator 会解析「META-INF/services/服务接口的全限定名」配置，遍历每个服务实现类全限定类名，执行类加载（未初始化），最初将服务实现类缓存到 providers。
那么，这个迭代器在哪里应用的呢？持续往下看~
3.4 包装迭代器
其实 ServiceLoader 自身就是实现 Iterable 接口的：
ServiceLoader.java
public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>让咱们来看看 ServiceLoader 中的 Iterable#iterator() 是如何实现的：
private LazyIterator lookupIterator;// 4、返回一个新的迭代器，包装了 providers 和 lookupIteratorpublic Iterator<S> iterator() { return new Iterator<S>() { // providers 就是上一节 next() 中缓存的服务实现 Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders = providers.entrySet().iterator(); @Override public boolean hasNext() { // 4.1 优先从 knownProviders 取，再从 LazyIterator 取 if (knownProviders.hasNext()) return true; return lookupIterator.hasNext(); } @Override public S next() { // 4.2 优先从 knownProviders 取，再从 LazyIterator 取 if (knownProviders.hasNext()) return knownProviders.next().getValue(); return lookupIterator.next(); } @Override public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } };}能够看到，ServiceLoader 里有一个泛型办法 Iterator\<S\> iterator()，它包装了 providers 汇合迭代器和 lookupIterator 两个迭代器。对于曾经 “发现” 的服务实现类会被缓存到 providers 汇合中，包装类的作用就是优先读取缓存而已。
4. ServiceLoader 源码剖析总结
了解 ServiceLoader 源码之后，咱们总结要点如下：
4.1 束缚
1、服务实现类必须实现服务接口 S（ if (!service.isAssignableFrom(c)) ）；
2、服务实现类需蕴含无参的结构器，LazyInterator 是反射创立实现类市里的（ S p = service.cast(c.newInstance()) ）；
3、配置文件须要应用 UTF-8 编码（ new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "utf-8")) ）。
4.2 懒加载
ServiceLoader 应用「懒加载」的形式创立服务实现类实例，只有在迭代器推动的时候才会创立实例（ nextService() ）。
4.3 内存缓存
ServiceLoader 应用 LinkedHashMap 缓存创立的服务实现类实例。
提醒： LinkedHashMap 在迭代时会依照 Map#put 执行程序遍历。
4.4 没有服务登记机制
服务实现类实例被创立后，它的垃圾回收的行为与 Java 中的其余对象一样，只有这个对象没有到 GC Root 的强援用，能力作为垃圾回收。而 ServiceLoader 外部只有一个办法来齐全革除 provices 内存缓存。
public void reload() { providers.clear(); lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);}4.5 没有服务筛选机制
当存在多个提供者时，ServiceLoader 没有提供筛选机制，应用方只能在遍历整个迭代器中的所有实现，从发现的实现类中决策出一个最佳实现。举个例子，咱们能够应用字符集的示意符号来取得一个对应的 Charset 对象：Charset.forName(String)，这个办法外面就只会抉择匹配的 Charaset 对象。
CharsetProvider.java
服务接口public abstract class CharsetProvider { public abstract Charset charsetForName(String charsetName); // 省略其余办法...}Charset.java
public static Charset forName(String charsetName) { // 以下只摘要与 ServiceLoader 无关的逻辑... ServiceLoader<CharsetProvider> sl = ServiceLoader.load(CharsetProvider.class, cl); Iterator<CharsetProvider> i = sl.iterator(); for (Iterator<CharsetProvider> i = providers(); i.hasNext();) { CharsetProvider cp = i.next(); // 满足匹配条件，return Charset cs = cp.charsetForName(charsetName); if (cs != null) return cs; }}5. 总结
- 服务发现 SPI 是管制反转 IoC 的实现形式之一，而 ServiceLoader 是 JDK 中实现的 SPI 框架。ServiceLoader 自身就是一个 Iterable 接口，迭代时会从
META-INF/services配置中解析接口实现类的全限定类名，应用反射创立服务实现类对象； ServiceLoader 是 JDK 自带的服务发现框架，原理也绝对简略，比方 Charset、AnnocationProcessor 等性能都是基于 ServiceLoader 实现的。另一方面，ServiceLoader 是一个绝对繁难的框架，为了满足简单业务的须要，个别会应用其余第三方框架，例如后盾的 Dubbo、客户端的 ARouter 与 WMRouter等。
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