作者：京东物流 杨苇苇
1.SPI简介
SPI（Service Provicer Interface）是Java语言提供的一种接口发现机制，用来实现接口和接口实现的解耦。简单来说，就是系统只需要定义接口规范以及可以发现接口实现的机制，而不需要实现接口。
SPI机制在Java中应用广泛。例如：JDBC中的数据库连接驱动使用SPI机制，只定义了数据库连接接口的规范，而具体实现由各大数据库厂商实现，不同数据库的实现不同，我们常用的mysql的驱动也实现了其接口规范，通过这种方式，JDBC数据库连接可以适配不同的数据库。
SPI机制在各种框架中也有应用，例如：springboot的自动装配中查找spring.factories文件的步骤就是应用了SPI机制；dubbo也对Java的SPI机制进行扩展，实现了自己的SPI机制。
2.SPI入门案例
2.1.创建工程
我们刚才在介绍中说过了，SPI机制需要定义接口规范，这里我们以一个简单的接口案例来说明。
首先我们需要创建四个工程：
•spi-interface，这里定义SPI的接口类：Person
•spi-impl1，这里定义接口的第一个实现类：Teacher
•spi-impl2，这里定义接口的第二个实现类：Student
•spi-test，这里通过SPI机制加载所有实现类进行测试
2.2.创建SPI接口规范
接口如下所示：
package com.jd.spi; public interface Person { String favorite(); }复制
2.3.创建实现类1项目
2.3.1.创建接口
接口如下所示：
package com.jd.spi; public class Teacher implements Person { public String favorite() { return "老师喜欢给学生上课"; } }复制
2.3.2.创建spi配置文件
如下图所示，在项目的resources文件夹下创建两个文件夹META-INF/services，然后在文件夹下面创建名称为com.jd.spi.Person的文件，其文件的内容为当前项目的接口实现类com.jd.spi.Teacher。
2.4.创建实现类2项目
2.4.1.创建实现类2
接口如下所示：
package com.jd.spi; public class Student implements Person { public String favorite() { return "学生喜欢努力学习"; } }复制
2.4.2.创建spi配置文件
如下图所示，在项目的resources文件夹下创建两个文件夹META-INF/services，然后在文件夹下面创建名称为com.jd.spi.Person的文件，其文件的内容为当前项目的接口实现类com.jd.spi.Student。
2.5.创建测试项目
2.5.1.引入3个maven依赖
这里需要引入接口定义项目和两个接口实现项目。
如下所示：
<dependencies> <dependency> <groupId>org.example</groupId> <artifactId>spi-interface</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> </dependency> <dependency> <groupId>org.example</groupId> <artifactId>spi-impl1</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> </dependency> <dependency> <groupId>org.example</groupId> <artifactId>spi-impl2</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> </dependency> </dependencies>复制
2.5.2.创建测试类
如下所示：
package com.jd.spi; import java.util.Iterator; import java.util.ServiceLoader; public class SPITest { public static void main(String[] args) { ServiceLoader<Person> loader = ServiceLoader.load(Person.class); for(Iterator<Person> it = loader.iterator(); it.hasNext();){ Person person = it.next(); System.out.println(person.favorite());; } } }复制
运行测试类，其结果如下所示：
我们发现，Java的SPI机制获取了所有Person类的实现类，并执行其对应的favorite方法。
3.SPI机制的原理
3.1.ServiceLoader的核心属性
其核心机制就是ServiceLoader类的load方法，下面我们将从源码来分析其原理。
首先我们先看下ServiceLoader的核心属性：
public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S> { private static final String PREFIX = "META-INF/services/"; // The class or interface representing the service being loaded private final Class<S> service; // The class loader used to locate, load, and instantiate providers private final ClassLoader loader; // The access control context taken when the ServiceLoader is created private final AccessControlContext acc; // Cached providers, in instantiation order private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>(); // The current lazy-lookup iterator private LazyIterator lookupIterator;复制
这个PREFIX属性、providers属性和lookupIterator属性将在后续的代码中使用到，我们发现PREFIX属性就是示例中说的META-INF/services路径。
3.2.ServiceLoader的遍历器
示例中，我们会获取serviceLoader的遍历器iterator，其方法如下所示：
public Iterator<S> iterator() { return new Iterator<S>() { Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders = providers.entrySet().iterator(); public boolean hasNext() { if (knownProviders.hasNext()) return true; return lookupIterator.hasNext(); } public S next() { if (knownProviders.hasNext()) return knownProviders.next().getValue(); return lookupIterator.next(); } public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } }; }复制
然后需要执行遍历器的next方法获取元素，其next方法执行的是lookupIterator.next()。
接下来我们来看下lookupIterator的next方法：
public S next() { if (acc == null) { return nextService(); } else { PrivilegedAction<S> action = new PrivilegedAction<S>() { public S run() { return nextService(); } }; return AccessController.doPrivileged(action, acc); } }复制
其执行的是nextService方法，如下所示：
private S nextService() { if (!hasNextService()) throw new NoSuchElementException(); String cn = nextName; nextName = null; Class<?> c = null; try { c = Class.forName(cn, false, loader); } catch (ClassNotFoundException x) { fail(service, "Provider " + cn + " not found"); } if (!service.isAssignableFrom(c)) { fail(service, "Provider " + cn + " not a subtype"); } try { S p = service.cast(c.newInstance()); providers.put(cn, p); return p; } catch (Throwable x) { fail(service, "Provider " + cn + " could not be instantiated", x); } throw new Error(); // This cannot happen }复制
nextService方法首先执行hasNextService方法，如下所示：
private boolean hasNextService() { if (nextName != null) { return true; } if (configs == null) { try { String fullName = PREFIX + service.getName(); if (loader == null) configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName); else configs = loader.getResources(fullName); } catch (IOException x) { fail(service, "Error locating configuration files", x); } } while ((pending == null) || !pending.hasNext()) { if (!configs.hasMoreElements()) { return false; } pending = parse(service, configs.nextElement()); } nextName = pending.next(); return true; }复制
这个方法会执行String fullName = PREFIX + service.getName()，而PREFIX就是我们前面刚才说的非常重要的属性，其值为META-INF/services/，service就是接口类，其最终的fullName指的就是META-INF/services文件夹下的名称为com.jd.spi.Person的文件。
接着会执行configs = loader.getResources(fullName)方法，这个方法这里不做详细描述，其主要功能就是获取类路径下所有相对路径为fullName的所有文件的URL对象。
然后会执行pending = parse(service, configs.nextElement())方法，这个方法这里也不详细描述，其主要功能是读取文件，将文件内容变成字符串，然后nextName就被赋值为当前文件的内容，即实现类的接口全限定名。
因此，执行hasNextService()方法后，nextName被赋值为一个实现类的全限定名。
我们继续看上面的nextService()方法，其最终会执行c = Class.forName(cn, false, loader)方法，这个方法很明显就是通过反射实例化一个对象。通过一系列操作，最终返回了对应实现类的对象。
3.3.流程总结
我们将其总结为以下几个步骤：
1.创建ServiceLoader对象
2.创建迭代器lookupIterator
3.通过迭代器的hasNextService方法读取类路径下META-INF/services目录的所有名称为接口全限定名的文件，将其内容存入configs对象中
4.从configs对象中获取实现类的全限定名，然后通过反射实例化对象
从上述流程，我们也可以总结实现SPI的几点重要信息：
1.实现工程必须在类路径下的META-INF/services目录下创建接口全限定名的文件，其文件内容必须是接口实现类的全限定名
2.实现类必须有一个无参构造方法，因为SPI默认是使用无参构造方法实例化对象的
4.总结
本文首先概述了Java的SPI机制，随后阐述了其基本使用方法，最后深入探讨了其实现原理。SPI在Java语言体系中具有广泛应用，能够有效地实现系统解耦，众多框架基于此机制进行了拓展和优化，从而实现了更为强大的SPI机制。掌握SPI的使用技巧可以帮助我们设计出更为灵活的系统，而深入理解其原理则有助于提升我们的技术水平。
