JDBC【3】-- SPI 技术以及在数据库连接中的使用

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发布于: 2020 年 11 月 16 日
1.SPI是什么？SPI，即是Service Provider Interface，是一种服务提供（接口实现）发现机制，可以通过ClassPath路径下的META-INF/Service文件查找文件，加载里面定义的类。
一般可以用来启用框架拓展和替换组件，比如在最常见的数据库连接JDBC中，java.sql.Driver,不同的数据库产商可以对接口做不一样的实现，但是JDK怎么知道别人有哪些实现呢？这就需要SPI,可以查找到接口的实现，对其进行操作。
用两个字解释：解耦。
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2.如何使用SPI来提供自定义服务？我们来写一个简单的例子：
整个项目结构：
SPI-Project:maven项目
  - DBInterface:maven项目，parent是SPI-Project，定义了一个接口com.aphysia.sqlserver.DBConnectionService,自己不做实现。
  - MysqlConnection:prarent是SPI-Project,实现了接口DBConnectionService，也就是MysqlConnectionServiceImpl
  - SqlServerConnection:prarent 也是SPI-Project，实现了DBConnectionService,也就是SqlServerConnectionServiceImpl
  - WebProject:测试项目，模拟web项目里面使用数据库驱动。
  
不管是MySqlConnection还是SqlServerConnection两个module中，都是去实现了DBInterface的接口，并且在resource/META-INF/services下都需要声明所实现的类，文件名就是实现的接口全限定名com.aphysia.sql.DBConnectionService，文件里面就是具体的实现类的全限定名，比如：com.aphysia.mysql.MysqlConnectionServiceImpl
﻿
 
SPI-Project的pom文件：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.aphysia</groupId>
    <artifactId>SPI-Project</artifactId>
    <packaging>pom</packaging>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <modules>
        <module>DbInterface</module>
        <module>MySqlConection</module>
        <module>SqlServerConnection</module>
        <module>WebProject</module>
    </modules>
</project>
﻿
2.1 DBInterface定义接口DBInterface是SPIProject的一个module，主要是定义一个规范（接口），不做任何实现。
pom文件如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>SPI-Project</artifactId>
        <groupId>com.aphysia</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <artifactId>DbInterface</artifactId>
</project>
定义的接口（模拟了java提供的数据库驱动的情景，定义了驱动规范）：DBConnectionService.java
package com.aphysia.sql;
public interface DBConnectionService {
    void connect();
}
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2.2 模拟Mysql实现驱动接口的第一种实现，相当于模拟第三方Mysql对接口做了自己的拓展：
pom文件：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>SPI-Project</artifactId>
        <groupId>com.aphysia</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <artifactId>MySqlConection</artifactId>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.aphysia</groupId>
            <artifactId>DbInterface</artifactId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>
实现了前面定义的接口：
MysqlConnectionServiceImpl
package com.aphysia.mysql;
import com.aphysia.sqlserver.DBConnectionService;
public class MysqlConnectionServiceImpl implements DBConnectionService {
    public void connect() {
        System.out.println("mysql 正在连接...");
    }
}
声明实现，在resource/META-INF.services/下定义一个文件，名为com.aphysia.sql.DBConnection,里面内容是：
com.aphysia.mysql.MysqlConnectionServiceImpl
﻿
2.3 模拟SqlServer实现驱动﻿
SqlServerConnection也是一个module,pom文件如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>SPI-Project</artifactId>
        <groupId>com.aphysia</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <artifactId>SqlServerConnection</artifactId>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.aphysia</groupId>
            <artifactId>DbInterface</artifactId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>
接口的第二种实现，相当于第三方SqlServer对接口做了自己的拓展:SqlServerConnectionServiceImpl
package com.aphysia.sqlserver;
public class SqlServerConnectionServiceImpl implements DBConnectionService {
    public void connect() {
        System.out.println("sqlServer 正在连接...");
    }
}
声明实现，在resource/META-INF.services/下定义一个文件，名为com.aphysia.sql.DBConnection,里面内容是：
com.aphysia.sqlserver.SqlServerConnectionServiceImpl
﻿
2.4 模拟用户使用不同驱动上面两种不同的接口实现，注意需要在resource下声明，文件名是基类的全限定名，里面内容是具体实现类的全限定名
﻿
而我们自己使用项目的时候呢？肯定是需要哪一个驱动就引入哪一个驱动的jar包。
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比如我们在webProject中导入两种实现:MysqlConnection和SqlServerConnection:
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.aphysia</groupId>
            <artifactId>DbInterface</artifactId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.aphysia</groupId>
            <artifactId>MySqlConection</artifactId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.aphysia</groupId>
            <artifactId>SqlServerConnection</artifactId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>
    </dependencies>
﻿
测试代码如下：
import com.aphysia.sql.DBConnectionService;
import java.util.ServiceLoader;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ServiceLoader<DBConnectionService>  serviceLoader= ServiceLoader.load(DBConnectionService.class);
        for (DBConnectionService dbConnectionService : serviceLoader) {
            dbConnectionService.connect();
        }
    }
}
﻿
输出：
mysql 正在连接...
sqlServer 正在连接...
﻿
如果我们只在pom文件里面引入mysql的实现呢？答案很明显，只会输出下面一句：
mysql 正在连接...
也就是对于使用的人来说，不需要自己再做什么操作，只需要把包引入进来即可，简单易用。
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具体完整代码: https://github.com/Damaer/DemoCode/tree/main/SPI-Project,仅供参考
﻿
3. ServiceLoader实现原理ServiceLoader位于java.util包下,其主要代码如下：
public final class ServiceLoader<S>
    implements Iterable<S>
{
    private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
    private final Class<S> service;
    private final ClassLoader loader;
    private final AccessControlContext acc;
    // Cached providers, in instantiation order
    private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
    // The current lazy-lookup iterator
    private LazyIterator lookupIterator;
    public void reload() {
        providers.clear();
        lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
    }
    private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
        service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
        loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
        acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
        reload();
    }
    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;
        }
        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;
        }
        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
        }
        public boolean hasNext() {
            if (acc == null) {
                return hasNextService();
            } else {
                PrivilegedAction<Boolean> action = new PrivilegedAction<Boolean>() {
                    public Boolean run() { return hasNextService(); }
                };
                return AccessController.doPrivileged(action, acc);
            }
        }
        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);
            }
        }
        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }
    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();
            }
        };
    }
    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        return ServiceLoader.load(service, cl);
    }
    public static <S> ServiceLoader<S> loadInstalled(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader prev = null;
        while (cl != null) {
            prev = cl;
            cl = cl.getParent();
        }
        return ServiceLoader.load(service, prev);
    }
    public String toString() {
        return "java.util.ServiceLoader[" + service.getName() + "]";
    }
}
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我们调用ServiceLoader.load()获取接口的实现，实际上也是调用了 ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl)，里面都是调用reload()，reload()里面做了些什么操作呢？
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先把provider清空，然后创建了LazyIterator对象，LazyIterator是一个内部类，实现了Iterator接口，实际上就是一个懒加载的迭代器。什么时候加载呢？
在迭代器调用的时候，调用hasNextService()，去解析resource/META-INF/services下面的实现，并完成实现类的实例化。这里的实例化是使用反射，也是通过全限定类名。class.forName()。
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解析的时候，每一行代表一个实现类，将已经发现的接口进行缓存，放到private LinkedHashMap<String,S> providers中，同时对外提供遍历迭代的方法。
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4. SPI的应用我们在使用mysql驱动的时候，在mysql-connector-java-version.jar中，有一个文件是Resource/service/java.sql.Driver文件，里面记录的是：
com.mysql.jdbc.Driver
com.mysql.fabric.jdbc.FabricMySQLDriver
也就是声明了java.sql.Driver的实现类是com.mysql.jdbc.Driver，不需要手动使用Class.forName()手动加载。
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同样的，slf4j也是一样的机制去实现拓展功能。
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这种思想，通过服务约定-->服务实现-->服务自动注册-->服务发现和使用，完成了提供者和使用方的解耦，真的很强...
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