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?? Hi，我是丑丑。本文「Java 路線」| 導(dǎo)讀 —— 他山之石，可以攻玉已收錄，這里有 Android 進(jìn)階成長路線筆記 & 博客，歡迎跟著彭丑丑一起成長。（聯(lián)系方式在 GitHub）

1. 前置知識(shí)

這篇文章的內(nèi)容會(huì)涉及以下前置 / 相關(guān)知識(shí)，貼心的我都幫你準(zhǔn)備好了，請(qǐng)享用~

系統(tǒng)屬性： 「Java 路線」| System.getProperty(...) 獲取系統(tǒng)屬性
依賴注入： 「Android 路線」| 依賴注入與 Dagger2 框架
類加載： 「Java 路線」類加載機(jī)制
反射： 「Java 路線」| 反射機(jī)制（含 Kotlin）

2. 什么是服務(wù)發(fā)現(xiàn)？

服務(wù)發(fā)現(xiàn)（Service Provider Interface，SPI）是一個(gè)服務(wù)的注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)機(jī)制，通過 解耦服務(wù)提供者與服務(wù)使用者，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)創(chuàng)建 & 服務(wù)使用的關(guān)注點(diǎn)分離。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)可以理解為控制反轉(zhuǎn)的一種實(shí)現(xiàn)形式，即：當(dāng)「調(diào)用方對(duì)象」需要使用「依賴項(xiàng)」時(shí)，不再直接「構(gòu)造對(duì)象」，取而代之的是由外部 IoC 容器來創(chuàng)建并注入調(diào)用方。 IoC 可以認(rèn)為是一種設(shè)計(jì)模式，但是由于理論成熟的時(shí)間相對(duì)較晚，所以沒有包含在《設(shè)計(jì)模式·GoF》之中。

控制反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：

1、服務(wù)提供模式：從外部服務(wù)容器抓取依賴對(duì)象
2、依賴注入：并以參數(shù)的形式注入依賴對(duì)象

兩者的本質(zhì)區(qū)別是：使用服務(wù)提供模式時(shí)，調(diào)用方可以控制請(qǐng)求依賴對(duì)象的時(shí)機(jī)；而使用依賴項(xiàng)注入方式時(shí)，一般由外部主動(dòng)注入所需對(duì)象。

服務(wù)提供模式可以為我們帶來以下好處：

1、在外部注入或配置依賴項(xiàng)，因此我們可以重用這些組件。當(dāng)我們需要修改依賴項(xiàng)的實(shí)現(xiàn)時(shí)，不需要大量修改很多處代碼，只需要修改一小部分代碼；
2、可以注入依賴項(xiàng)的模擬實(shí)現(xiàn)，讓代碼測(cè)試更加容易。

3. ServiceLoader 使用步驟

在分析 ServiceLoader 的使用原理之前，我們先來介紹下 ServiceLoader 的使用步驟。我們直接以 JDBC 作為例子，具體如下：

我們都知道 JDBC 編程有五大基本步驟：

1、（非必須）執(zhí)行數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)類加載：

Class.forName("com.mysql.jdbc.driver")

2、連接數(shù)據(jù)庫：

DriverManager.getConnection(url, user, password)

3、創(chuàng)建SQL語句：

Connection#.creatstatement();

4、執(zhí)行SQL語句并處理結(jié)果集：

Statement#executeQuery()

5、釋放資源：

ResultSet#close()
Statement#close()
Connection#close()

其中「2、連接數(shù)據(jù)庫」內(nèi)部就是用了 ServiceLoader。為什么連接數(shù)據(jù)庫需要使用 SPI 設(shè)計(jì)思想呢？因?yàn)椴僮鲾?shù)據(jù)庫需要使用廠商提供的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序，如果直接使用廠商的驅(qū)動(dòng)耦合太強(qiáng)了，而使用 SPI 設(shè)計(jì)就能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)提供者與服務(wù)使用者解耦。

下面，我們一步步手寫 JDBC 中關(guān)于 ServiceLoader 的相關(guān)源碼：

步驟1：定義服務(wù)接口

抽象出一個(gè)服務(wù)接口，這個(gè)接口將由數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)類實(shí)現(xiàn)：

public interface Driver {
    創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接
    Connection connect(String url, java.util.Properties info);
    ...
}

步驟2：實(shí)現(xiàn)服務(wù)接口

數(shù)據(jù)庫廠商提供一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn) Driver 接口的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)類，以 mysql 和 oracle 為例：

mysql：com.mysql.cj.jdbc.Driver.java

已簡化
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
    static {
        注冊(cè)驅(qū)動(dòng)
        java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
    }
    ...
}

oracle：oracle.jdbc.driver.OracleDriver.java

已簡化
public class OracleDriver implements Driver {
    private static OracleDriver defaultDriver = null;
    static {
        if (defaultDriver == null) {
            1、單例
            defaultDriver = new OracleDriver();
            注冊(cè)驅(qū)動(dòng)
            DriverManager.registerDriver(defaultDriver);
        }
    }
    ...
}

步驟3：注冊(cè)實(shí)現(xiàn)類到配置文件

在工程目錄 java 的同級(jí)目錄中新建目錄resources/META-INF/services，新建一個(gè)配置文件java.sql.Driver（文件名為服務(wù)接口的全限定名），文件中每一行是實(shí)現(xiàn)類的全限定名，例如：

com.mysql.cj.jdbc.Driver

我們可以解壓mysql-connector-java-8.0.19.jar包，找到對(duì)應(yīng)的 META-INF 文件夾。

步驟4：（使用方）加載服務(wù)

DriverManaer.java

已簡化
static {
    loadInitialDrivers();
}

private static void loadInitialDrivers() {
    ...
    1、讀取 "jdbc.drivers" 屬性
    String drivers = System.getProperty("jdbc.drivers");


    1、使用ServiceLoader遍歷實(shí)現(xiàn)類
    ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
    2、獲得迭代器
    Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
    3、迭代
    while(driversIterator.hasNext()) {
        driversIterator.next();
    }
    return null;
    ...
}

可以看到，DriverManager 被類加載時(shí)（static{}）會(huì)調(diào)用 loadInitialDrivers()。這個(gè)方法內(nèi)部通過 ServiceLoader 提供的迭代器 Iterator<Driver> 遍歷了所有驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)類。

那么，ServiceLoader 是如何實(shí)例化 Driver 接口的實(shí)現(xiàn)類的呢？下一節(jié)，我們會(huì)深入 ServiceLoader 的源碼來解答這個(gè)問題。

4. ServiceLoader 源碼解析

4.1 入口方法

ServiceLoader 提供了三個(gè)靜態(tài)泛型工廠方法，內(nèi)部最終將調(diào)用ServiceLoader.load(Class,ClassLoader)：

方法 1：
public static <S> ServiceLoader<S> loadInstalled(Class<S> service) {
    使用 SystemClassLoader 類加載器
    ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    ClassLoader prev = null;
    while (cl != null) {
        prev = cl;
        cl = cl.getParent();
    }
    return ServiceLoader.load(service, prev);
}

方法 2：
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
    使用線程上下文類加載器
    ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    return ServiceLoader.load(service, cl);
}

方法 3：
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service, ClassLoader loader){
    return new ServiceLoader<>(service, loader);
}

可以看到，三個(gè)方法僅在傳入的類加載器不同。

4.2 構(gòu)造方法

已簡化
private final Class<S> service;
private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();

private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) { 
    1、類加載器
    loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
    2、清空 providers
    providers.clear();
    3、實(shí)例化 LazyIterator
    lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
}

可以看到，ServiceLoader 的構(gòu)造器中實(shí)例化了一個(gè) LazyIterator 迭代器的實(shí)例，這是一個(gè)「懶加載」的迭代器。這個(gè)迭代器里做了什么呢？

4.3 LazyIterator 迭代器

3、實(shí)例化 LazyIterator

private static final String PREFIX = "META-INF/services/";

private class LazyIterator implements Iterator<S> {

    Class<S> service;
    ClassLoader loader;
    Enumeration<URL> configs = null;
    Iterator<String> pending = null;
    String nextName = null;

    private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) {
        this.service = service;
        this.loader = loader;
    }
    
    @Override
    public boolean hasNext() {
        return hasNextService();
    }

    @Override
    public S next() {
        return nextService();
    }

    @Override
    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    private boolean hasNextService() {
        if (nextName != null) {
            return true;
        }
        if (configs == null) {
            // configs 未初始化才執(zhí)行
            3.1 配置文件：META-INF/services/服務(wù)接口的全限定名
            String fullName = PREFIX + service.getName();
            if (loader == null)
                configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
            else
                configs = loader.getResources(fullName);
        }
        
        3.2 解析配置文件資源的迭代器
        while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
            if (!configs.hasMoreElements()) {
                return false;
            }
            pending = parse(service, configs.nextElement());
        }
        3.3 下一個(gè)實(shí)現(xiàn)類的全限定名
        nextName = pending.next();
        return true;
    }

    private S nextService() {
        if (!hasNextService()) throw new NoSuchElementException();
        String cn = nextName;
        nextName = null;

        4.1 使用類加載器loader加載（不執(zhí)行初始化）
        Class<?> c = Class.forName(cn, false, loader);
        if (!service.isAssignableFrom(c)) { 檢查是否實(shí)現(xiàn) S 接口
            ClassCastException cce = new ClassCastException(service.getCanonicalName() + " is not assignable from " + c.getCanonicalName());
            fail(service, "Provider " + cn  + " not a subtype", cce);
        }

        4.2 使用反射創(chuàng)建服務(wù)類實(shí)例
        S p = service.cast(c.newInstance());

        4.3 服務(wù)實(shí)現(xiàn)類緩存到 providers
        providers.put(cn, p);
        return p;
    }
}

-> 3.2 解析配置文件資源的迭代器
private Iterator<String> parse(Class<?> service, URL u) throws ServiceConfigurationError {
    3.2.1 使用 UTF-8 編碼輸入配置文件資源
    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();
}

以上代碼已經(jīng)非常簡化了，LazyIterator 的要點(diǎn)如下：

hasNext() 判斷邏輯：
- 3.1 配置文件：「META-INF/services/服務(wù)接口的全限定名」；
- 3.2 解析配置文件資源的迭代器；
- 3.3 下一個(gè)實(shí)現(xiàn)類的全限定名。
next() 邏輯：
- 4.1 使用類加載器 loader 加載（不執(zhí)行初始化）；
- 4.2 使用反射創(chuàng)建服務(wù)類實(shí)例；
- 4.3 服務(wù)實(shí)現(xiàn)類緩存到 providers。

小結(jié)一下：

LazyInterator 會(huì)解析「META-INF/services/服務(wù)接口的全限定名」配置，遍歷每個(gè)服務(wù)實(shí)現(xiàn)類全限定類名，執(zhí)行類加載（未初始化），最后將服務(wù)實(shí)現(xiàn)類緩存到 providers。

這個(gè)迭代器在哪里使用的呢？繼續(xù)往下看~

4.4 包裝迭代器

其實(shí) ServiceLoader 本身就是實(shí)現(xiàn) Iterable 接口的：

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>

讓我們來看看 ServiceLoader 中的 Iterable#iterator() 是如何實(shí)現(xiàn)的：

private LazyIterator lookupIterator;

4、返回一個(gè)新的迭代器，包裝了providers和lookupIterator
public Iterator<S> iterator() {
    return new Iterator<S>() {

        Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders = providers.entrySet().iterator();

        @Override
        public boolean hasNext() {
            4.1 優(yōu)先從knownProviders取
            if (knownProviders.hasNext()) return true;
            return lookupIterator.hasNext();
        }

        @Override
        public S next() {
            4.2 優(yōu)先從knownProviders取
            if (knownProviders.hasNext()) return knownProviders.next().getValue();
            return lookupIterator.next();
        }

        @Override
        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    };
}

可以看到，ServiceLoader 里有一個(gè)泛型方法 Iterator<S> iterator()，它包裝了 providers 集合迭代器和 lookupIterator 兩個(gè)迭代器，迭代過程中優(yōu)先從 providers 獲取元素。providers 就是存放 LazyLoader 中存放類的地方。

private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();

5. ServiceLoader 源碼小結(jié)

理解 ServiceLoader 源碼之后，我們總結(jié)要點(diǎn)如下：

5.1 約束

1、服務(wù)實(shí)現(xiàn)類必須實(shí)現(xiàn)服務(wù)接口 S（if (!service.isAssignableFrom(c))）；
2、服務(wù)實(shí)現(xiàn)類需包含無參的構(gòu)造器，LazyInterator 是反射創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)類市里的（S p = service.cast(c.newInstance())）；
3、配置文件需要使用 UTF-8 編碼（new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "utf-8"))）。

5.2 懶加載

ServiceLoader 使用「懶加載」的方式創(chuàng)建服務(wù)實(shí)現(xiàn)類實(shí)例，只有在迭代器推進(jìn)的時(shí)候才會(huì)創(chuàng)建實(shí)例（nextService()）。

5.3 內(nèi)存緩存

ServiceLoader 使用 LinkedHashMap 緩存創(chuàng)建的服務(wù)實(shí)現(xiàn)類實(shí)例。

提示： LinkedHashMap 在迭代時(shí)會(huì)按照 Map#put 執(zhí)行順序遍歷。

5.4 沒有服務(wù)注銷機(jī)制

服務(wù)實(shí)現(xiàn)類實(shí)例被創(chuàng)建后，它的垃圾回收的行為與 Java 中的其他對(duì)象一樣，只有這個(gè)對(duì)象沒有到 GC Root 的強(qiáng)引用，才能作為垃圾回收。而 ServiceLoader 內(nèi)部只有一個(gè)方法來清楚 provices 內(nèi)存緩存。

public void reload() {
    providers.clear();
    lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
}

6. 服務(wù)實(shí)現(xiàn)的選擇

當(dāng)存在多個(gè)提供者時(shí)，不一定使用全部的服務(wù)實(shí)現(xiàn)類，而是需要根據(jù)某些特性篩選一種最佳實(shí)現(xiàn)。ServiceLoader 機(jī)制只能在遍歷整個(gè)迭代器的過程中，從發(fā)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)類中決策出一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)。

舉個(gè)例子，我們可以使用字符集的表示符號(hào)來獲得一個(gè)對(duì)應(yīng)的 Charset 對(duì)象：Charset.forName(String)，這個(gè)方法里面就只會(huì)選擇匹配的 Charaset 對(duì)象。

CharsetProvider.java

服務(wù)接口
public abstract class CharsetProvider {
    public abstract Charset charsetForName(String charsetName);
    // 省略其他方法...
}

Charset.java

public static Charset forName(String charsetName) {
    以下只摘要與ServiceLoader有關(guān)的邏輯...

    ServiceLoader<CharsetProvider> sl = ServiceLoader.load(CharsetProvider.class, cl);
    Iterator<CharsetProvider> i = sl.iterator();
    for (Iterator<CharsetProvider> i = providers(); i.hasNext();) {
        CharsetProvider cp = i.next();
        滿足匹配條件，return
        Charset cs = cp.charsetForName(charsetName);
        if (cs != null)
            return cs;
    }
}

7. 總結(jié)

服務(wù)發(fā)現(xiàn) SPI 是控制反轉(zhuǎn) IoC 的實(shí)現(xiàn)方式之一，而 ServiceLoader 是 JDK 中實(shí)現(xiàn)的 SPI 框架；
ServiceLoader 本身就是一個(gè) Iterable 接口，迭代時(shí)會(huì)從 META-INF/services 配置中解析接口實(shí)現(xiàn)類的全限定類名，使用反射創(chuàng)建服務(wù)實(shí)現(xiàn)類對(duì)象；
SPI 是一個(gè)相對(duì)簡易的框架，為了滿足復(fù)雜業(yè)務(wù)的需要，一般會(huì)使用其他第三方框架，例如后臺(tái)的 Dubbo、客戶端的 ARouter 與 WMRouter等。

在后面的文章中，我將與你探討 Android 組件化實(shí)踐，并附帶阿里 ARouter 源碼分析。點(diǎn)擊關(guān)注，趕緊上車~ 「Android 路線」| 導(dǎo)讀 —— 從零到無窮大

創(chuàng)作不易，你的「三連」是丑丑最大的動(dòng)力，我們下次見！

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「Java 路線」| 服務(wù)發(fā)現(xiàn)框架 ServiceLoader

「Java 路線」| 服務(wù)發(fā)現(xiàn)框架 ServiceLoader

目錄

1. 前置知識(shí)

2. 什么是服務(wù)發(fā)現(xiàn)？

3. ServiceLoader 使用步驟

步驟1：定義服務(wù)接口

步驟2：實(shí)現(xiàn)服務(wù)接口

步驟3：注冊(cè)實(shí)現(xiàn)類到配置文件

步驟4：（使用方）加載服務(wù)

4. ServiceLoader 源碼解析

4.1 入口方法

4.2 構(gòu)造方法

4.3 LazyIterator 迭代器

4.4 包裝迭代器

5. ServiceLoader 源碼小結(jié)

5.1 約束

5.2 懶加載

5.3 內(nèi)存緩存

5.4 沒有服務(wù)注銷機(jī)制

6. 服務(wù)實(shí)現(xiàn)的選擇

7. 總結(jié)

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「Java 路線」| 服務(wù)發(fā)現(xiàn)框架 ServiceLoader

目錄

1. 前置知識(shí)

2. 什么是服務(wù)發(fā)現(xiàn)？

3. ServiceLoader 使用步驟

步驟1：定義服務(wù)接口

步驟2：實(shí)現(xiàn)服務(wù)接口

步驟3：注冊(cè)實(shí)現(xiàn)類到配置文件

步驟4：（使用方）加載服務(wù)

4. ServiceLoader 源碼解析

4.1 入口方法

4.2 構(gòu)造方法

4.3 LazyIterator 迭代器

4.4 包裝迭代器

5. ServiceLoader 源碼小結(jié)

5.1 約束

5.2 懶加載

5.3 內(nèi)存緩存

5.4 沒有服務(wù)注銷機(jī)制

6. 服務(wù)實(shí)現(xiàn)的選擇

7. 總結(jié)

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