Dubbo如何通过SPI提高框架的可扩展性？
介绍
最近看了一下Dubbo的源码，国人写的框架和国外的果然是两种不同的风格，Dubbo的源码还是比较清晰容易懂的。Spring框架一个Bean的初始化过程就能绕死在源码中.
Dubbo的架构是基于分层来设计的，每层执行固定的功能，上层依赖下层，下层的改变对上层不可见，每层都是可以被替换的组件
Service和Config为API接口层，让Dubbo使用者方便的发布和引用服务
其他各层均为SPI层，意味着每层都是组件化的，可以被替换
例如，注册中心可以用Redis，Zookeeper。传输协议可以用dubbo，rmi，hessian等。
网络通信可以用mina，netty。序列化可以用fastjson，hessian2，java原生的方式等
SPI 全称为 Service Provider Interface，是一种服务发现机制。SPI 的本质是将接口实现类的全限定名配置在文件中，并由服务加载器读取配置文件，加载实现类。这样可以在运行时，动态为接口替换实现类。正因此特性，我们可以很容易的通过 SPI 机制为我们的程序提供拓展功能
那么Dubbo的SPI是怎么实现的呢?先来了解一下Java SPI
Java SPI
Java SPI是通过策略模式实现的，一个接口提供多个实现类，而使用哪个实现类不在程序中确定，而是配置文件配置的，具体步骤如下
- 定义接口及其对应的实现类
- 在META-INF/services目录下创建以接口全路径命名的文件
- 文件内容为实现类的全路径名
- 在代码中通过java.util.ServiceLoader#load加载具体的实现类
写个Demo演示一下
public interface Car {
void getBrand();
} public class BenzCar implements Car {
@Override
public void getBrand() {
System.out.println("benz");
}
} public class BMWCar implements Car {
@Override
public void getBrand() {
System.out.println("bmw");
}
} org.apache.dubbo.Car的内容如下
org.apache.dubbo.BenzCar org.apache.dubbo.BMWCar
测试类
public class JavaSpiDemo {
public static void main(String[] args) {
ServiceLoader<Car> carServiceLoader = ServiceLoader.load(Car.class);
// benz
// bmw
carServiceLoader.forEach(Car::getBrand);
}
} Dubbo SPI
用Dubbo SPI将上面的例子改造一下
@SPI
public interface Car {
void getBrand();
} public class BenzCar implements Car {
@Override
public void getBrand() {
System.out.println("benz");
}
} public class BMWCar implements Car {
@Override
public void getBrand() {
System.out.println("bmw");
}
} org.apache.dubbo.quickstart.Car的内容如下
benz=org.apache.dubbo.quickstart.BenzCar bmw=org.apache.dubbo.quickstart.BMWCar
测试类
public class DubboSpiDemo {
public static void main(String[] args) {
ExtensionLoader<Car> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Car.class);
Car car = extensionLoader.getExtension("benz");
car.getBrand();
}
} @Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE})
public @interface SPI {
String value() default "";
} @SPI标记接口是一个Dubbo SPI接口，即是一个扩展点，value属性可以指定默认实现
Dubbo 并未使用 Java 原生的 SPI 机制，而是对其进行了增强，使其能够更好的满足需求。Dubbo SPI的优点如下
- JDK标准的SPI会一次性实例化扩展点的所有实现。而Dubbo SPI能实现按需加载
- Dubbo SPI增加了对扩展点Ioc和Aop的支持
Dubbo SPI的实现步骤如下
- 定义接口及其对应的实现类，接口上加@SPI注解，表明这是一个扩展类
- 在META-INF/services目录下创建以接口全路径命名的文件
- 文件内容为实现类的全路径名
- 在代码中通过ExtensionLoader加载具体的实现类
Dubbo SPI 扩展点的特性自动包装
扩展类的构造函数是一个扩展点，则认为这个类是一个Wrapper类，即AOP
用例子演示一下
@SPI
public interface Car {
void getBrand();
} public class BenzCar implements Car {
@Override
public void getBrand() {
System.out.println("benz");
}
} public class CarWrapper implements Car {
private Car car;
public CarWrapper(Car car) {
this.car = car;
}
@Override
public void getBrand() {
System.out.println("start");
car.getBrand();
System.out.println("end");
}
} org.apache.dubbo.aop.Car内容如下(resources\META-INF\services目录下)
benz=org.apache.dubbo.aop.BenzCar org.apache.dubbo.aop.CarWrapper
测试类
public class DubboSpiAopDemo {
public static void main(String[] args) {
ExtensionLoader<Car> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Car.class);
Car car = extensionLoader.getExtension("benz");
// start
// benz
// end
car.getBrand();
}
} BenzCar是一个扩展类，CarWrapper是一个包装类，当获取BenzCar的时候实际获取的是被CarWrapper包装后的对象，类似代理模式
自动加载
如果一个扩展类是另一个扩展类的成员变量，并且拥有set方法，框架会自动注入这个扩展点的实例，即IOC。先定义2个扩展点
org.apache.dubbo.ioc.Car(resources\META-INF\services目录下)
benz=org.apache.dubbo.ioc.BenzCar
org.apache.dubbo.ioc.Wheel(resources\META-INF\services目录下)
benz=org.apache.dubbo.ioc.BenzWheel
@SPI
public interface Wheel {
void getBrandByUrl();
} public class BenzWheel implements Wheel {
@Override
public void getBrandByUrl() {
System.out.println("benzWheel");
}
} @SPI
public interface Car {
void getBrandByUrl();
} public class BenzCar implements Car {
private Wheel wheel;
public void setWheel(Wheel wheel) {
this.wheel = wheel;
}
@Override
public void getBrandByUrl() {
System.out.println("benzCar");
wheel.getBrandByUrl();
}
} 测试demo
public class DubboSpiIocDemo {
public static void main(String[] args) {
ExtensionLoader<Car> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Car.class);
Car car = extensionLoader.getExtension("benz");
car.getBrandByUrl();
}
} 我跑这个代码的时候直接报异常，看了一下官网才发现dubbo是可以注入接口的实现的，但不像spring那么智能，
dubbo必须用URL(类似总线)来指定扩展类对应的实现类.。这就不得不提到@Adaptive注解了
自适应
使用@Adaptive注解，动态的通过URL中的参数来确定要使用哪个具体的实现类
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
public @interface Adaptive {
String[] value() default {};
} @SPI
public interface Wheel {
@Adaptive("wheel")
void getBrandByUrl(URL url);
} public class BenzWheel implements Wheel {
@Override
public void getBrandByUrl(URL url) {
System.out.println("benzWheel");
}
} @SPI
public interface Car {
void getBrandByUrl(URL url);
} public class BenzCar implements Car {
// 这个里面存的是代理对象
private Wheel wheel;
public void setWheel(Wheel wheel) {
this.wheel = wheel;
}
@Override
public void getBrandByUrl(URL url) {
System.out.println("benzCar");
// 代理类根据URL找到实现类，然后再调用实现类
wheel.getBrandByUrl(url);
}
} public class DubboSpiIocDemo {
public static void main(String[] args) {
ExtensionLoader<Car> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Car.class);
Car car = extensionLoader.getExtension("benz");
Map<String, String> map = new HashMap<>();
// 指定wheel的实现类为benz
map.put("wheel", "benz");
URL url = new URL("", "", 1, map);
// benzCar
// benzWheel
car.getBrandByUrl(url);
}
} 可以看到BenzCar对象成功注入了BenzWheel。BenzCar中其实注入的是BenzWheel的代码对象，这个代理对象会根据@Adaptive("wheel")获取到wheel，然后从url中找到key为wheel的值，这个值即为实现类对应的key。
上面的注释提到BenzCar里面注入的Wheel其实是一个代理对象(框架帮我们生成)，在代理对象中根据url找到相应的实现类，然后调用实现类。
因为代理对象是框架在运行过程中帮我们生成的，没有文件可以查看，所以用Arthas来查看一下生成的代理类
curl -O https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar java -jar arthas-boot.jar # 根据前面的序号选择进入的进程，然后执行下面的命令 jad org.apache.dubbo.adaptive.Wheel$Adaptive
生成的Wheel
package org.apache.dubbo.adaptive;
import org.apache.dubbo.adaptive.Wheel;
import org.apache.dubbo.common.URL;
import org.apache.dubbo.common.extension.ExtensionLoader;
public class Wheel$Adaptive
implements Wheel {
public void getBrandByUrl(URL uRL) {
if (uRL == null) {
throw new IllegalArgumentException("url == null");
}
URL uRL2 = uRL;
String string = uRL2.getParameter("wheel");
if (string == null) {
throw new IllegalStateException(new StringBuffer().append("Failed to get extension (org.apache.dubbo.adaptive.Wheel) name from url (").append(uRL2.toString()).append(") use keys([wheel])").toString());
}
Wheel wheel = (Wheel)ExtensionLoader.getExtensionLoader(Wheel.class).getExtension(string);
wheel.getBrandByUrl(uRL);
}
} @Adaptive可以标记在类上或者方法上
标记在类上：将该实现类直接作为默认实现，不再自动生成代码
标记在方法上：通过参数动态获得实现类，比如上面的例子
用源码演示一下用在类上的@Adaptiv，Dubbo为自适应扩展点生成代码，如我们上面的WheelAdaptive类如下所示¨G30G∗∗@Adaptive可以标记在类上或者方法上∗∗标记在类上：将该实现类直接作为默认实现，不再自动生成代码标记在方法上：通过参数动态获得实现类，比如上面的例子用源码演示一下用在类上的@Adaptiv，Dubbo为自适应扩展点生成代码，如我们上面的WheelAdaptive，但生成的代码还需要编译才能生成class文件。我们可以用JavassistCompiler(默认的)或者JdkCompiler来编译(需要配置)，这个小小的功能就用到了@Adaptive
如果想用JdkCompiler需要做如下配置
<dubbo:application compiler="jdk" />
Compiler类图如下
@SPI("javassist")
public interface Compiler {
Class<?> compile(String code, ClassLoader classLoader);
} Compiler用@SPI指定了默认实现类为javassist
源码中获取Compiler调用了如下方法
org.apache.dubbo.common.compiler.Compiler compiler = ExtensionLoader.getExtensionLoader(org.apache.dubbo.common.compiler.Compiler.class).getAdaptiveExtension();
getAdaptiveExtension()会获取自适应扩展类，那么这个自适应扩展类是谁呢?
是AdaptiveCompiler，因为类上有@Adaptive注解
@Adaptive
public class AdaptiveCompiler implements Compiler {
private static volatile String DEFAULT_COMPILER;
public static void setDefaultCompiler(String compiler) {
DEFAULT_COMPILER = compiler;
}
/**
* 获取对应的Compiler，并调用compile做编译
* 用户设置了compiler，就用设置了的，不然就用默认的
*/
@Override
public Class<?> compile(String code, ClassLoader classLoader) {
Compiler compiler;
ExtensionLoader<Compiler> loader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Compiler.class);
String name = DEFAULT_COMPILER; // copy reference
if (name != null && name.length() > 0) {
// 用用户设置的
compiler = loader.getExtension(name);
} else {
// 用默认的
compiler = loader.getDefaultExtension();
}
return compiler.compile(code, classLoader);
}
} 从compile方法可以看到，如果用户设置了编译方式，则用用户设置的，如果没有设置则用默认的，即JavassistCompiler
自动激活
使用@Activate注解，可以标记对应的扩展点默认被激活使用
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
public @interface Activate {
// 所属组，例如消费端，服务端
String[] group() default {};
// URL中包含属性名为value的键值对，过滤器才处于激活状态
String[] value() default {};
// 指定执行顺序，before指定的过滤器在该过滤器之前执行
@Deprecated
String[] before() default {};
// 指定执行顺序，after指定的过滤器在该过滤器之后执行
@Deprecated
String[] after() default {};
// 指定执行顺序，值越小，越先执行
int order() default 0;
} 可以通过指定group或者value，在不同条件下获取自动激活的扩展点。before，after，order是用来排序的，感觉一个order参数就可以搞定排序的功能，所以官方把before，after标记为@Deprecated
Dubbo Filter就是基于这个来实现的。Dubbo Filter是Dubbo可扩展性的一个体现，可以在调用过程中对请求进行进行增强
我写个demo演示一下这个自动激活是怎么工作的
@SPI
public interface MyFilter {
void filter();
} consumer组能激活这个filter
@Activate(group = {"consumer"})
public class MyConsumerFilter implements MyFilter {
@Override
public void filter() {
}
} provider组能激活这个filter
@Activate(group = {"provider"})
public class MyProviderFilter implements MyFilter {
@Override
public void filter() {
}
} consumer组和provide组都能激活这个filter
@Activate(group = {"consumer", "provider"})
public class MyLogFilter implements MyFilter {
@Override
public void filter() {
}
} consumer组和provide组都能激活这个filter，同时url中指定key的value为cache
@Activate(group = {"consumer", "provider"}, value = "cache")
public class MyCacheFilter implements MyFilter {
@Override
public void filter() {
}
} 测试类如下
getActivateExtension有3个参数，依次为url, key, group
public class ActivateDemo {
public static void main(String[] args) {
ExtensionLoader<MyFilter> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(MyFilter.class);
// url中没有参数
URL url = URL.valueOf("test://localhost");
List<MyFilter> allFilterList = extensionLoader.getActivateExtension(url, "", null);
/**
* org.apache.dubbo.activate.MyConsumerFilter@53e25b76
* org.apache.dubbo.activate.MyProviderFilter@73a8dfcc
* org.apache.dubbo.activate.MyLogFilter@ea30797
*
* 不指定组则所有的Filter都被激活
*/
allFilterList.forEach(item -> System.out.println(item));
System.out.println();
List<MyFilter> consumerFilterList = extensionLoader.getActivateExtension(url, "", "consumer");
/**
* org.apache.dubbo.activate.MyConsumerFilter@53e25b76
* org.apache.dubbo.activate.MyLogFilter@ea30797
*
* 指定consumer组，则只有consumer组的Filter被激活
*/
consumerFilterList.forEach(item -> System.out.println(item));
System.out.println();
// url中有参数myfilter
url = URL.valueOf("test://localhost?myfilter=cache");
List<MyFilter> customerFilter = extensionLoader.getActivateExtension(url, "myfilter", "consumer");
/**
* org.apache.dubbo.activate.MyConsumerFilter@53e25b76
* org.apache.dubbo.activate.MyLogFilter@ea30797
* org.apache.dubbo.activate.MyCacheFilter@aec6354
*
* 指定key在consumer组的基础上，MyCacheFilter被激活
*/
customerFilter.forEach(item -> System.out.println(item));
System.out.println();
}
} 总结一下就是，getActivateExtension不指定组就是激活所有的Filter，指定组则激活指定组的Filter。指定key则从Url中根据key取到对应的value，假设为cache，然后把@Activate注解中value=cache的Filter激活
即group用来筛选，value用来追加，Dubbo Filter就是靠这个属性激活不同的Filter的
ExtensionLoader的工作原理
ExtensionLoader是整个Dubbo SPI的主要实现类，有如下三个重要方法，搞懂这3个方法基本上就搞懂Dubbo SPI了。
加载扩展类的三种方法如下
- getExtension()，获取普通扩展类
- getAdaptiveExtension()，获取自适应扩展类
- getActivateExtension()，获取自动激活的扩展类
getExtension()上面的例子中已经有了。自适应的特性上面已经演示过了，当获取Wheel的实现类是框架会调用getAdaptiveExtension()方法。
代码就不放了，这3个方法的执行过程还是比较简单的，如果你有看不懂的，可以看我给源码加的注释。
https://github.com/erlieStar/dubbo-analysis
理解了Dubbo SPI你应该就把Dubbo搞懂一半了，剩下就是一些服务导出，服务引入，服务调用的过程了