[SpringBoot]深入浅出剖析SpringBoot中Spring Factories机制

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前续

为帮助广大SpringBoot用户达到“知其然，更需知其所以然”的境界，作者将通过SpringBoot系列文章全方位对SpringBoot2.0.0.RELEASE版本深入分解剖析，让您深刻的理解其内部工作原理。 

• 1、[SpringBoot]利用SpringBoot快速构建并启动项目

• 2、[SpringBoot]详解SpringBoot应用的启动过程

• 3、[SpringBoot]深入浅出剖析SpringBoot的应用类型识别机制

Java SPI机制

• Java SPI是什么？
  SPI的全名为Service Provider Interface.大多数开发人员可能不熟悉，因为这个是针对厂商或者插件的。
  我们系统里抽象的各个模块，往往有很多不同的实现方案，比如日志模块的方案，xml解析模块、jdbc模块的方案等。
  面向的对象的设计里，我们一般推荐模块之间基于接口编程，模块之间不对实现类进行硬编码。一旦代码里涉及具体的实现类，就违反了可拔插的原则，
  如果需要替换一种实现，就需要修改代码。为了实现在模块装配的时候能不在程序里动态指明，这就需要一种服务发现机制。
  Java SPI就是提供这样的一个机制：为某个接口寻×××实现的机制。

• Java SPI的约定
  当服务的提供者，提供了服务接口的一种实现之后，在jar包的META-INF/services/目录里同时创建一个以服务接口命名的文件。
  该文件里就是实现该服务接口的具体实现类。而当外部程序装配这个模块的时候，就能通过该jar包META-INF/services/里的配置文件找到具体的实现类名，并装载实例化，完成模块的注入。

• 基于这样一个约定就能很好的找到服务接口的实现类，而不需要再代码里制定。

• jdk提供服务实现查找的一个工具类：java.util.ServiceLoader 。

SpringBoot中的SPI机制

在Spring中也有一种类似与Java SPI的加载机制。它在META-INF/spring.factories文件中配置接口的实现类名称，然后在程序中读取这些配置文件并实例化。
这种自定义的SPI机制是Spring Boot Starter实现的基础。

Spring Factories实现原理

spring-core包里定义了SpringFactoriesLoader类，这个类实现了检索META-INF/spring.factories文件，并获取指定接口的配置的功能。
在这个类中定义了两个对外的方法：

1、loadFactories

根据接口类获取其实现类的实例，这个方法返回的是对象列表，其源代码：

public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
    Assert.notNull(factoryClass, "'factoryClass' must not be null");
    ClassLoader classLoaderToUse = classLoader;
    if (classLoaderToUse == null) {
        classLoaderToUse = SpringFactoriesLoader.class.getClassLoader();
    }
    List<String> factoryNames = loadFactoryNames(factoryClass, classLoaderToUse);
    if (logger.isTraceEnabled()) {
        logger.trace("Loaded [" + factoryClass.getName() + "] names: " + factoryNames);
    }
    List<T> result = new ArrayList<>(factoryNames.size());
    for (String factoryName : factoryNames) {
        result.add(instantiateFactory(factoryName, factoryClass, classLoaderToUse));
    }
    AnnotationAwareOrderComparator.sort(result);
    return result;
}

• 先获取ClassLoader

• 调用loadFacotoryNames()方法，获取factoryNames，其源码如下：

public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
    //获取到类名
    String factoryClassName = factoryClass.getName();
    //在当前ClassLoader下的所有META-INF/spring.factories文件的配置信息的Map中获取指定的factory的值，如果不存在，则返回空列表
    return loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
}

• 调用loadSpringFactories方法，获取当前ClassLoader下的所有META-INF/spring.factories文件的配置信息

private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
    //去缓存中获取对应的
    MultiValueMap<String, String> result = cache.get(classLoader);
    if (result != null)
        return result;
    try {
        //获取当前ClassLoader下的所有包含META-INF/spring.factories文件的URL路径
        Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ?
                classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) :
                ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
        //初始返回对象
        result = new LinkedMultiValueMap<>();
        //遍历所有的包含META-INF/spring.factories文件URL集合
        while (urls.hasMoreElements()) {
            URL url = urls.nextElement();
            UrlResource resource = new UrlResource(url);
            //转换为Properties对象
            Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
            //遍历META-INF/spring.factories文件中的所有属性
            for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
                //如果一个接口希望配置多个实现类，可以使用','进行分割，将当前Key对应的值转换为List
                List<String> factoryClassNames = Arrays.asList(StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue()));
                //添加到返回对象中
                result.addAll((String) entry.getKey(), factoryClassNames);
            }
        }
        //添加到缓存中
        cache.put(classLoader, result);
        //返回结果
        return result;
    }
    catch (IOException ex) {
        throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [" +
                FACTORIES_RESOURCE_LOCATION + "]", ex);
    }
}

我们可以在自己的jar中配置spring.factories文件，不会影响到其它地方的配置，也不会被别人的配置覆盖。
这一点非常有利于后期我们进行自定义扩展。

• 调用instantiateFactory，实例化获取到的对应的Factory对象，其源码：

private static <T> T instantiateFactory(String instanceClassName, Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
    try {
        //根据类名获取类的实例，这个源码在上一篇中已经剖析过了。
        Class<?> instanceClass = ClassUtils.forName(instanceClassName, classLoader);
        //isAssignableFrom()是判断instanceClassName的对象是否是FactoryClass的子类或者相同的类，如果是返回true。
        if (!factoryClass.isAssignableFrom(instanceClass)) {
            //如果实例化的目标类不是Factory类的子类或者不是Factory类，则抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Class [" + instanceClassName + "] is not assignable to [" + factoryClass.getName() + "]");
        }
        //通过java反射机制，实例化目标类
        return (T) ReflectionUtils.accessibleConstructor(instanceClass).newInstance();
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new IllegalArgumentException("Unable to instantiate factory class: " + factoryClass.getName(), ex);
    }
}

从这段代码中我们可以知道，它只支持没有参数的构造方法。

2、loadFactoryNames

根据接口获取其接口类的名称，这个方法返回的是类名的列表，其源代码已经在上面分析过了。

SpringBoot启动时的应用

在SpringBoot启动过程中，创建SpringApplication对象是，有如下两行代码：

setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));

• 使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath中查找并加载所有可用的ApplicationContextInitializer

• 使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath中查找并加载所有可用的ApplicationListener

Spring Factories机制的应用

在日常工作中，我们可能需要实现一些SDK或者Spring Boot Starter给被人使用，这个使用我们就可以使用Factories机制。
Factories机制可以让SDK或者Starter的使用只需要很少或者不需要进行配置，只需要在服务中引入我们的jar包。

知识点

• Class的isAssignableFrom()解析

public native boolean isAssignableFrom(Class<?> cls);

由方法签名可见是一个本地方法，即C代码编写的。  
其作用：  
有两个Class类型的类象，一个是调用isAssignableFrom方法的类对象（后称对象a），以及方法中作为参数的这个类对象（称之为对象b），这两个对象如果满足以下条件则返回true，否则返回false：

• a对象所对应类信息是b对象所对应的类信息的父类或者是父接口，简单理解即a是b的父类或接口

• a对象所对应类信息与b对象所对应的类信息相同，简单理解即a和b为同一个类或同一个接口

后记

为帮助广大SpringBoot用户达到“知其然，更需知其所以然”的境界，作者将通过SpringBoot系列文章全方位对SpringBoot2.0.0.RELEASE版本深入分解剖析，让您深刻的理解其内部工作原理。 敬请关注[爱折腾的稻草(GitShare)]公众号，为您提供更多更优质的技术教程。