SPI 框架实现之旅三：实现说明
前一篇 《SPI 框架实现之旅二：整体设计》中，介绍了几个定义的接口，注解；叙述了实现流程；并简单的介绍了
SpiLoader中的部分实现； 本篇则主要介绍SpiLoader类的实现
类图结构如下：
SpiLoader 全解析
spiImpl 选择的核心类，包括初始化选择器，初始化 spiImpl 实现列表，解析 spiImpl 的选择条件，返回具体的实现类等 G
1. 获取 spiLoader 对象
SpiLoader是一个泛型对象，每个 SPI 接口，对应一个SpiLoader<T>对象，我们提供了一个静态方法来获取这个对象
实现
优先从缓存中获取， 如果缓存没有，则新建一个；缓存中有， 则直接返回
/**
* spiLoader缓存, 其中key为 spi接口, value为对应的Loader对象
*/
private static final ConcurrentMap<Class<?>, SpiLoader<?>> loaderCache = new ConcurrentHashMap<>();
@SuppressWarnings("unchecked")
public static <T> SpiLoader<T> load(Class<T> type) {
if (null == type) {
throw new IllegalArgumentException("common cannot be null...");
}
if (!type.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException("common class:" + type + " must be interface!");
}
if (!withSpiAnnotation(type)) {
throw new IllegalArgumentException("common class:" + type + " must have the annotation of @Spi");
}
SpiLoader<T> spiLoader = (SpiLoader<T>) loaderCache.get(type);
if (spiLoader == null) {
loaderCache.putIfAbsent(type, new SpiLoader<>(type));
spiLoader = (SpiLoader<T>) loaderCache.get(type);
}
return spiLoader;
}
说明
- 上面有几个校验，前一篇已经说明，不再赘述
- 上面新建对象，不是线程安全的
2. 新建 SpiLoader 对象
创建对象，主要会初始化选择器
实现
private SpiLoader(Class<T> type) {
// 初始化默认的选择器, 为保留项目, 必然会提供的服务
selectorInstanceCacheMap.putIfAbsent(DefaultSelector.class, DEFAULT_SELECTOR);
this.spiInterfaceType = type;
initSelector();
}
private void initSelector() {
Spi ano = spiInterfaceType.getAnnotation(Spi.class);
if (ano == null) {
currentSelector = initSelector(DefaultSelector.class);
} else {
currentSelector = initSelector(ano.selector());
}
Method[] methods = this.spiInterfaceType.getMethods();
currentMethodSelector = new ConcurrentHashMap<>();
SelectorWrapper temp;
for (Method method : methods) {
if (!method.isAnnotationPresent(SpiAdaptive.class)) {
continue;
}
temp = initSelector(method.getAnnotation(SpiAdaptive.class).selector());
if (temp == null) {
continue;
}
currentMethodSelector.put(method.getName(), temp);
}
}
private SelectorWrapper initSelector(Class<? extends ISelector> clz) {
// 优先从选择器缓存中获取类型对应的选择器
if (selectorInstanceCacheMap.containsKey(clz)) {
return selectorInstanceCacheMap.get(clz);
}
try {
ISelector selector = clz.newInstance();
Class paramClz = null;
Type[] types = clz.getGenericInterfaces();
for (Type t : types) {
if (t instanceof ParameterizedType) {
paramClz = (Class) ((ParameterizedType) t).getActualTypeArguments()[0];
break;
}
}
Assert.check(paramClz != null);
SelectorWrapper wrapper = new SelectorWrapper(selector, paramClz);
selectorInstanceCacheMap.putIfAbsent(clz, wrapper);
return wrapper;
} catch (Exception e) {
throw new IllegalArgumentException("illegal selector defined! yous:" + clz);
}
}
说明
- 持有一个选择器缓存列表，
selectorInstanceCacheMap- 保证每种类型的选择器，在这个 SpiLoader 中，只会有一个实例存在
- 不做成全局唯一的原因是尽量隔离, 比如
ParamsSelector内部缓存了 spi 实现的列表，如果全局公用的话，就会混掉，导致这个列表中就出现非这个 spi 接口的实现类
- 类选择器 + 方法选择器
currentSelector： 类选择器, 解析@Spi注解获取，适用于静态选择 + 动态选择两种使用方式currentMethodSelector: 方法选择器，解析@SpiAdaptive注解获取， 仅适用于动态选择 SPI 实现的方式- 优先级： 方法上定义的选择器 由于 类上定义的选择器； 方法上未定义时，默认使用类定义的选择器
3. 静态使用
静态使用方式，表示根据传入的条件，选择一个满足条件的实现返回
实现
/**
* 根据传入条件, 选择具体的spi实现类
* <p/>
* 这里要求conf的类型和选择器的参数类型匹配, 否则会尝试使用默认的选择器补救, 若补救失败, 则抛异常
*
* @param conf
* @return
* @throws NoSpiMatchException
* @throws IllegalArgumentException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public T getService(Object conf) throws NoSpiMatchException {
if (spiImplClassCacheMap == null || spiImplClassCacheMap.size() == 0) {
loadSpiService();
}
if (!currentSelector.getConditionType().isAssignableFrom(conf.getClass())) {
/**
* 参数类型不匹配时, 判断是否可以根据默认的选择器来获取
*/
if (conf instanceof String) {
return (T) DEFAULT_SELECTOR.getSelector().selector(spiImplClassCacheMap, conf);
}
/**
* 参数类型完全不匹配, 则抛参数异常
*/
throw new IllegalArgumentException("conf spiInterfaceType should be sub class of [" + currentSelector.getConditionType() + "] but yours:" + conf.getClass());
}
return (T) currentSelector.getSelector().selector(spiImplClassCacheMap, conf);
}
说明
-
spiImplClassCacheMapspi 实现的缓存映射表，优先判断缓存映射表是否存在，不存在时需要初始化；存在时，则进入校验逻辑
-
校验
校验传入的参数，是否匹配当前的选择器参数类型，为了保证选择器可以正常运行
当不匹配时，会有一个兼容逻辑，判断传参类型是否为 String， 是则采用默认的选择器，根据 name 来选择 spi 实现 （这种实现可能造成选择的实现不是预期的）
-
静态使用方式，使用类定义选择器 :
currentSelector-
静态使用的方式，目标就是事前就确认使用这个实现了，不会出现变动了； 相当于一次确认，所有的调用都是确认的
-
静态使用，方法注解的选择器无效。这个我们从逆向的思路进行解释
IPrint 是一个Spi接口， 有两个实现 FilePrint, ConsolePrint 假设 `currentSelector=DefaultSelector`， 方法 methodA 上定义的是 ParamsSelector 时 静态使用方式，获取一个spi实现，希望在所有的spi接口使用处，都输出到文件，用户根据 `FilePrint` 选择 FilePrint 这个类来执行具体的输出逻辑， 如果在调用 methodA 方法执行时， 假设根据 ParamsSelector 判断， ConsolePrint 才满足这儿条件，这是相当于在具体实现时，换成了另一个 ConsolePrint, 这下子就与我们的初衷背离了（如果目标是想实现这个场景，显然动态适配的方式才是正确的使用姿势）
-
-
loadService 的逻辑后面详细说明
4. 动态使用
动态使用区别于静态的直接确定实现类， 通过
getService获取的并不是某个特定对的实现类，而是一个动态生成的代理，每次具体执行之前，会去判断一下，应该选择哪一个实现来执行
设计的出发点
可以考虑下，我们的目标是在执行方法之前，需要判断一下哪个实现类满足要求，选择这个实现类来执行这个方法，那么我们可以怎么去做？
考虑到切面的方式，如果有一种手段，在方法执行之前，织入一段业务逻辑，就可以达到上面的目的
最开始虽然是怎么想的，但是有点尴尬的是，不知道怎么去实现；因此换了一个思路，我自己新生成一个接口的实现类，在这个实现类里面做选择逻辑，然后把这个实现类对象返回
实现如下
和静态实现的逻辑差不多，一般流程如下:
- 判断 spi 实现类的映射关系表是否初始化，若没有则初始化
- 获取选择器
- 优先从方法选择器中查找， 若存在，则直接选中；
- 不存在，则使用类选择器
- 校验：判断传入条件参数类型是否满足选择器的参数类型匹配（将方法的第一个参数，作为选择器的选择条件）
- 返回实现类
@SuppressWarnings("unchecked")
public T getService(Object conf, String methodName) throws NoSpiMatchException {
if (spiImplClassCacheMap == null || spiImplClassCacheMap.size() == 0) {
loadSpiService();
}
// 首先获取对应的selector
SelectorWrapper selector = currentMethodSelector.get(methodName);
if (selector == null) { // 自适应方法上未定义选择器, 则默认继承类的
selector = currentSelector;
currentMethodSelector.putIfAbsent(methodName, selector);
}
if (!selector.getConditionType().isAssignableFrom(conf.getClass())) { // 选择器类型校验
if (!(conf instanceof String)) {
throw new IllegalArgumentException("conf spiInterfaceType should be sub class of [" + currentSelector.getConditionType() + "] but yours:" + conf.getClass());
}
selector = DEFAULT_SELECTOR;
}
if (spiImplMethodCacheMap.size() == 0) {
return (T) selector.getSelector().selector(spiImplClassCacheMap, conf);
}
try {
// 采用默认的选择器,根据指定name 进行查询时, 需要兼容一下, 因为method对应的缓存key为 SpiImpName_methodName
if (DEFAULT_SELECTOR.equals(selector)) {
if (spiImplMethodCacheMap.containsKey(conf)) {
return (T) selector.getSelector().selector(spiImplMethodCacheMap, conf);
}
if (spiImplClassCacheMap.containsKey(conf)) {
return (T) selector.getSelector().selector(spiImplClassCacheMap, conf);
}
return (T) selector.getSelector().selector(spiImplMethodCacheMap, conf + "_" + methodName);
} else {
return (T) selector.getSelector().selector(spiImplMethodCacheMap, conf);
}
} catch (Exception e) {
return (T) selector.getSelector().selector(spiImplClassCacheMap, conf);
}
}
说明
-
这个方法通常是由框架生成的代理实现类来调用（后面会说明动态生成代理类的逻辑）
-
区别与静态使用方式， 优先根据方法名，查找对应的选择器；当未定义时，使用类选择器
-
默认选择器，根据 name 来查询实现时，传入的参数特殊处理下，主要是因为
spiImplMethodCacheMap中 key 的生成，有一个小转换若实现类上没有 @SpiConf注解，或者 @SpiConf的注解没有定义 name 属性，则类的唯一标识name为：简单类名； 否则为指定的name属性 若方法上显示使用 @SpiConf 指定了name属性，则key的生成规则为： 方法注解上指定的name； 如果没有 @SpiConf注解，或其中没有指定name属性，则key生成规则: 类name属性 + 下划线 + 方法名这一点单独看可能不太好理解，因此可以和下面的 spi 实现类映射关系的初始化结合起来
-
动态生成代理类的逻辑，放在最后进行说明
5. spi 实现类映射关系表初始化
为了避免每次选择具体的实现类时，都去加载一遍，耗时耗力好性能，因此加一个缓存是很有必要的，这里主要说下这个实现逻辑，以及为啥这么干
缓存结构
使用了两个 Map：
- 一个是类级别的映射关系
spiImplClassCacheMap- 静态使用时，只会用搞这个
- 动态适配时，当下面的映射关系中无法获取满足条件的实现时，会再次从这里进行判断
- key：
@SpiConf注解中定义的 name； 或者 spi 实现类的简单类名
- 一个是方法的映射关系
spiImplMethodCacheMap- 动态适配时， 选择器优先从这里进行判断
- key:
@SpiConf注解中定义的 name； 或者是 实现类的 name + "_" + 方法名
/**
* name : spiImpl 的映射表
*/
private Map<String, SpiImplWrapper<T>> spiImplClassCacheMap;
/**
* 自适应时, 根据方法选择实现; name : spiImpl 的映射表
*/
private Map<String, SpiImplWrapper<T>> spiImplMethodCacheMap;
实现
private void loadSpiService() {
List<SpiImplWrapper<T>> spiServiceList = new ArrayList<>();
List<SpiImplWrapper<T>> spiServiceMethodList = new ArrayList<>();
ServiceLoader<T> serviceLoader = ServiceLoader.load(spiInterfaceType);
SpiConf spiConf;
String implName;
int implOrder;
for (T t : serviceLoader) {
spiConf = t.getClass().getAnnotation(SpiConf.class);
Map<String, String> map;
if (spiConf == null) {
implName = t.getClass().getSimpleName();
implOrder = SpiImplWrapper.DEFAULT_ORDER;
// 参数选择器时, 要求spi实现类必须有 @SpiConf 注解, 否则选择器无法获取校验条件参数
if (currentSelector.getSelector() instanceof ParamsSelector) {
throw new IllegalStateException("spiImpl must contain annotation @SpiConf!");
}
map = Collections.emptyMap();
} else {
implName = spiConf.name();
if (StringUtils.isBlank(implName)) {
implName = t.getClass().getSimpleName();
}
implOrder = spiConf.order() < 0 ? SpiImplWrapper.DEFAULT_ORDER : spiConf.order();
map = parseParms(spiConf.params());
}
// 添加一个类级别的封装类
spiServiceList.add(new SpiImplWrapper<>(t, implOrder, implName, map));
// todo 改成 getMethods(), 但是过滤掉 Object类中的基础方法
Method[] methods = t.getClass().getDeclaredMethods();
String methodImplName;
int methodImplOrder;
Map<String, String> methodParams;
for (Method method : methods) {
spiConf = method.getAnnotation(SpiConf.class);
if (spiConf == null) {
continue;
}
// 方法上有自定义注解, 且定义的name与类实现名不同, 则直接采用
// 否则采用 ServiceName_MethodName 方式定义
if (StringUtils.isBlank(spiConf.name()) || implName.equals(spiConf.name())) {
methodImplName = implName + "_" + method.getName();
} else {
methodImplName = spiConf.name();
}
// 优先级, 以最小的为准 （即一个类上的优先级很低, 也可以定义优先级高的方法）
// 方法注解未定义顺序时, 继承类上的顺序
methodImplOrder = Math.min(implOrder, spiConf.order() < 0 ? implOrder : spiConf.order());
// 自适应方法的参数限制, 要求继承类上的参数
methodParams = parseParms(spiConf.params());
if (map.size() > 0) { // 方法的参数限定会继承类上的参数限定
if (methodParams.size() == 0) {
methodParams = map;
} else {
methodParams.putAll(map);
}
}
spiServiceMethodList.add(new SpiImplWrapper<>(t, methodImplOrder, methodImplName, methodParams));
}
}
if (spiServiceList.size() == 0) {
throw new IllegalStateException("no spiImpl implements spi: " + spiInterfaceType);
}
this.spiImplClassCacheMap = initSpiImplMap(spiServiceList);
this.spiImplMethodCacheMap = initSpiImplMap(spiServiceMethodList);
}
private Map<String, SpiImplWrapper<T>> initSpiImplMap(List<SpiImplWrapper<T>> list) {
// 映射为map, 限定不能重名
Map<String, SpiImplWrapper<T>> tempMap = new ConcurrentHashMap<>();
for (SpiImplWrapper<T> wrapper : list) {
if (tempMap.containsKey(wrapper.getName())) {
throw new IllegalArgumentException("duplicate spiImpl name " + wrapper.getName());
}
tempMap.put(wrapper.getName(), wrapper);
}
return tempMap;
}
上面的逻辑可以分为两块，一块是上半边的初始化，获取 spiImplClassCacheMap;
下一块则是扫描实现类的所有方法，将方法上标有 @SpiConf 注解的捞出来，用于初始化 spiImplMethodCacheMap
说明
-
缓存结构中 value 为
SpiImplWrapper-
缓存 value 并不是简单的实现类，封装类的定义如下，将条件和排序也同时封装进去了
private T spiImpl; private int order; /** * spiImpl 的标识name, 要求唯一 * <p/> * {@link com.hust.hui.quicksilver.spi.selector.DefaultSelector 选择具体的SpiImpl 时使用} */ private String name; /** * 参数校验规则 * <p/> * {@link com.hust.hui.quicksilver.spi.selector.ParamsSelector} 选择具体的SpiImpl 时使用 * 要求每个实现类都有注解 {@link SpiConf} */ private Map<String, String> paramCondition; -
name 的定义，类与方法两个纬度的缓存中，定义规则不同，具体可以看《缓存结构》这里的说明
-
-
采用
ParamsSelector时， 要求@SpiConf注解必须存在 -
注意扫描所有方法对应的注解, spi 实现类，如果存在继承则会出现问题
// todo 改成 getMethods(), 但是过滤掉 Object类中的基础方法 Method[] methods = t.getClass().getDeclaredMethods();
动态代码生成
上面在谈论动态使用的时候，采用的方案是，生成一个代理类，实现 spi 接口， 在具体的实现逻辑中，使用选择器来获取满足条件的实现类，然后执行相应的方法
1. 代理类格式
采用倒推方式，先给出一个实际的代理类如下，具体的实现中其实只有两行代码
- 获取具体的实现类 （调用上面的
SpiLoader.getService(conf, methodName） - 执行实现类的接口
package com.hust.hui.quicksilver.spi.test.print;
import com.hust.hui.quicksilver.spi.SpiLoader;
public class IPrint$Proxy implements com.hust.hui.quicksilver.spi.test.print.IPrint {
public void print(java.lang.String arg0) {
try {
com.hust.hui.quicksilver.spi.test.print.IPrint spiImpl = SpiLoader.load(com.hust.hui.quicksilver.spi.test.print.IPrint.class).getService(arg0, "print");
spiImpl.print(arg0);
} catch (com.hust.hui.quicksilver.spi.exception.NoSpiMatchException e) {
throw new java.lang.RuntimeException(e);
}
}
public void adaptivePrint(java.lang.String arg0, java.lang.String arg1) {
try {
com.hust.hui.quicksilver.spi.test.print.IPrint spiImpl = SpiLoader.load(com.hust.hui.quicksilver.spi.test.print.IPrint.class).getService(arg0, "adaptivePrint");
spiImpl.adaptivePrint(arg0, arg1);
} catch (com.hust.hui.quicksilver.spi.exception.NoSpiMatchException e) {
throw new java.lang.RuntimeException(e);
}
}
}
上面给出了一个代理类的演示，那么剩下两个问题，一个是如何生成代理类； 一个是如何运行代理类（上面是 java 代码，我们知道运行得是字节码才行）
代理类生成
对着上面的实现，反推代码生成，其实比较简单了，无非就是生成一大串的 String 罢了，这里真没什么特殊的，贴下实现，逻辑省略
/**
* 构建SPI接口的实现代理类, 在执行动态适配的方法时, 调用SpiLoader的 spiImpl选择器, 选择具体的实现类执行
*
* @return
*/
public static String buildTempImpl(Class type) {
StringBuilder codeBuilder = new StringBuilder();
codeBuilder.append("package ").append(type.getPackage().getName()).append(";");
codeBuilder.append("\nimport ").append(SpiLoader.class.getName()).append(";");
codeBuilder.append("\npublic class ").append(type.getSimpleName()).append("$Proxy implements ").append(type.getCanonicalName()).append(" {\n");
Method[] methods = type.getMethods();
for (Method method : methods) {
Class<?> returnType = method.getReturnType(); //函数返回值
Class<?>[] parameterTypes = method.getParameterTypes();//函数参数列表
Class<?>[] exceptionTypes = method.getExceptionTypes();//函数异常列表
// build method code
StringBuilder code = new StringBuilder(512);
if (parameterTypes.length < 0) { //检查该函数参数列表中，第一个参数作为选择器参数
code.append("throw new IllegalArgumentException(\"there should be one argument for selector to choose spiImpl\")");
} else { // 没有 SpiAdaptive注解的, 采用默认的注解方式
code.append("try{\n");
code.append(type.getName()).append(" spiImpl=")
.append("SpiLoader.load(")
.append(type.getName()).append(".class")
.append(").getService(arg0,\"")
.append(method.getName())
.append("\");");
if (!"void".equals(returnType.getName())) {
code.append("return ");
}
code.append("spiImpl.").append(method.getName()).append("(arg0");
for (int i = 1; i < parameterTypes.length; i++) {
code.append(",").append("arg").append(i);
}
code.append(");");
code.append("\n} catch(com.hust.hui.quicksilver.spi.exception.NoSpiMatchException e){\nthrow new java.lang.RuntimeException(e);\n}");
}
// build method signature
codeBuilder.append("\npublic ").append(returnType.getName()).append(" ").append(method.getName())
.append("(").append(parameterTypes[0].getName()).append(" arg0");
for (int i = 1; i < parameterTypes.length; i++) {
codeBuilder.append(", ").append(parameterTypes[i].getName()).append(" arg").append(i);
}
codeBuilder.append(") ");
if (exceptionTypes.length > 0) {
codeBuilder.append("throw ").append(exceptionTypes[0].getName());
for (int i = 1; i < exceptionTypes.length; i++) {
codeBuilder.append(", ").append(exceptionTypes[i].getName());
}
}
codeBuilder.append("{\n");
codeBuilder.append(code.toString()).append("\n}");
}
codeBuilder.append("\n}");
return codeBuilder.toString();
}
动态编译运行
动态编译，最开始想的是利用 jdk 的动态编译方式，试来试去没搞成功，然后选择了一个折中的方案，把代理类看成是 groovy 代码，利用 GroovyEngine 来实现动态运行, 这一块的逻辑也超级简单，下面的短短几行代码即可； 后面有空单独研究下 java 的动态编译
@SuppressWarnings("unchecked")
public static <T> T compile(String code, Class<T> interfaceType, ClassLoader classLoader) throws SpiProxyCompileException {
GroovyClassLoader loader = new GroovyClassLoader(classLoader);
Class clz = loader.parseClass(code);
if (!interfaceType.isAssignableFrom(clz)) {
throw new IllegalStateException("illegal proxy type!");
}
try {
return (T) clz.newInstance();
} catch (Exception e) {
throw new SpiProxyCompileException("init spiProxy error! msg: " + e.getMessage());
}
}
小结
至此，核心的东西基本上都过了一遍，主要的设计思路，实现逻辑，执行流程都说完了，目前的实现中，仍有一些缺陷，欢迎提出问题和建议，无比感激
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