Dubbo2.7的Dubbo SPI实现原理细节

总结/朱季谦

本文主要记录我对Dubbo SPI实现原理的理解，至于什么是SPI，我这里就不像其他博文一样详细地从概念再到Java SPI细细分析了，直接开门见山来分享我对Dubbo SPI的见解。

Dubbo SPI的机制比较类似Spring IOC的getBean()加载，当传入一个存在的beanName，就可以返回该beanName对应的对象。同理，在Dubbo SPI中，我们同样传入一个存在的name，Dubbo框架会自动返回该key对应的对象。不难猜测，Dubbo SPI与Spring IOC在底层应该都有一个大致相似的逻辑，简单的说，就是两者都可通过beanName或key值，到框架里的某个map缓存当中，找到对应的class类名，然后对该class类名进行反射生成对象，初始化完成该对象，最后返回一个完整的对象。然而，在这个过程当中，Spirng相对来说会更复杂，它里面还有一堆后置处理器......

简单举一个例子，大概解释一下Dubbo SPI实现原理，然后再进一步分析源码。

首先，我在org.apache.dubbo.test目录下，定义一个@SPI注解到接口：

package org.apache.dubbo.test;

import org.apache.dubbo.common.extension.SPI;

@SPI("dog")
public interface Animal {
    void haveBehavior();
}

然后，在同一个目录下，创建两个实现该接口的类，分别为Dog，Cat。

Dog——

package org.apache.dubbo.test;

public class Dog implements Animal {

    @Override
    public void haveBehavior() {
        System.out.println("狗会叫");
    }
}

Cat——

package org.apache.dubbo.test;

public class Cat implements Animal {
    @Override
    public void haveBehavior() {
        System.out.println("猫会抓老鼠");
    }
}

注意看，Animal接口的类名为org.apache.dubbo.test.Animal，接下来，我们在resource目录的/META_INF/dubbo需新建一个对应到该接口名的File文件，文件名与Animal接口的类名一致：org.apache.dubbo.test.Animal。之所以两者名字要一致，是因为这样只需拿到Animal接口的类名，到resource目录的/META_INF/dubbo，就可以通过该类名，定位到与Animal接口相对应的文件。

在Dubbo中，文件名org.apache.dubbo.test.Animal的文件里，其实存了类似Spring bean那种的数据，即id对应bean class的形式——

cat=org.apache.dubbo.test.Cat
dog=org.apache.dubbo.test.Dog

这两行数据，分别是Animal接口的实现类Cat和Dog的class全限名。

整个的目录结构是这样的——

最后写一个测试类DubboSPITestTest演示一下效果——

package org.apache.dubbo.test;

import org.apache.dubbo.common.extension.ExtensionLoader;
import org.junit.jupiter.api.Test;

class DubboSPITestTest {

    @Test
    public void test(){

        Animal dog = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Animal.class).getExtension("dog");
        dog.haveBehavior();

        Animal cat = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Animal.class).getExtension("cat");
        cat.haveBehavior();

    }
}

执行结果如下——

先简单捋一下这个思路是怎么实现的，ExtensionLoader.getExtensionLoader(Animal.class).getExtension("dog")这行代码内部，会根据Animal接口完整名org.apache.dubbo.test.Animal找到某个指定目录下的同名File文件org.apache.dubbo.test.Animal，然后按行循环解析文件里的内容，以key-value形式加载到某个map缓存里。

类似这样操作（当然，源码里会更复杂些）——

Map<String,String> map = new HashMap<>();
map.put("cat","org.apache.dubbo.test.Cat");
map.put("dog","org.apache.dubbo.test.Dog");

当然，真实源码里，value存的是已根据类名得到的Class，但其实无论是类名还是Class，最后都是可以反射生成对象的，

这时候，就可以根据运行代码去动态获取到该接口对应的实现类了。例如，需要使用的是org.apache.dubbo.test.Cat这个实现类，那么在调用getExtension("cat")方法中，我们传入的参数是"cat"，就会从刚刚解析文件缓存的map中，根据map.get("cat")拿到对应org.apache.dubbo.test.Cat。既然能拿到类名了，不就可以通过反射的方式生成该类的对象了吗？当然，生成的对象里可能还有属性需要做注入操作，这就是Dubbo IOC的功能，这块会在源码分析里进一步说明。当对象完成初始化后，就会返回生成的对象指向其接口引用Animal dog = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Animal.class).getExtension("dog")。

整个过程，就是可根据代码去动态获取到某个接口的实现类，方便灵活调用的同时，实现了接口和实现类的解耦。

Dubbo SPI是在Java SPI基础上做了拓展，Java SPI中与接口同名的文件里，并不是key- value的形式，纯粹是按行来直接存放各实现类的类名，例如这样子——

org.apache.dubbo.test.Cat
org.apache.dubbo.test.Dog

这就意味着，Java SPI在实现过程中，通过接口名定位读取到resource中接口同名文件时，是无法做到去选择性地根据某个key值来选择某个接口的实现类，它只能全部读取，再全部循环获取到对应接口实现类调用相应方法。这就意味着，可能存在一些并非需要调用的实现类，也会被加载并生成对象一同返回来，无法做到按需获取。

因此，Dubbo在原有基础上，则补充了Java SPI无法按需通过某个key值去调用指定的接口实现类，例如上面提到的，Dubbo SPI可通过cat这个key，去按需返回对应的org.apache.dubbo.test.Cat类的实现对象。

下面就来分析一下具体实现的原理细节，以下代码做案例。

Animal cat = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Animal.class).getExtension("cat");
cat.haveBehavior();

先来分析ExtensionLoader.getExtensionLoader(Animal.class)方法——

public static <T> ExtensionLoader<T> getExtensionLoader(Class<T> type) {
    //判断传进来参数是否空
    if (type == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Extension type == null");
    }
    //判断是否为接口
    if (!type.isInterface()) {
        throw new IllegalArgumentException("Extension type (" + type + ") is not an interface!");
    }
  
    //判断是否具有@SPI注解
    if (!withExtensionAnnotation(type)) {
        throw new IllegalArgumentException("Extension type (" + type +
                ") is not an extension, because it is NOT annotated with @" + SPI.class.getSimpleName() + "!");
    }

    ExtensionLoader<T> loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
    if (loader == null) {
        EXTENSION_LOADERS.putIfAbsent(type, new ExtensionLoader<T>(type));
        loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
    }
    return loader;
}

在这个方法里，若传进来的Class参数为空或者非接口或者没有@SPI注解，都会抛出一个IllegalArgumentException异常，说明传进来的Class必须需要满足非空，为接口，同时具有@SPI注解修饰，才能正常往下执行。我们在这里传进来的是Animal.class，它满足了以上三个条件。

@SPI("cat")
public interface Animal {
    void haveBehavior();
}

接下来，在最后这部分代码里，主要是创建一个ExtensionLoader对象。

ExtensionLoader<T> loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
    if (loader == null) {
        EXTENSION_LOADERS.putIfAbsent(type, new ExtensionLoader<T>(type));
        loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
    }
return loader;

最后，返回的也是创建的ExtensionLoader对象，该对象包括了两个东西，一个是type，一个是objectFactory。这两个东西在后面源码里都会用到。

创建完ExtensionLoader对象后，就会开始调用getExtension方法——

Animal cat = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Animal.class).getExtension("cat");

进入到getExtension("cat")方法当中，内部会调用另一个重载方法getExtension(name, true)。

public T getExtension(String name) {
    return getExtension(name, true);
}

让我们来看一下该方法内部实现——

public T getExtension(String name, boolean wrap) {
    if (StringUtils.isEmpty(name)) {
        throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
    }
    if ("true".equals(name)) {
        return getDefaultExtension();
    }
    //step 1
    final Holder<Object> holder = getOrCreateHolder(name);
    Object instance = holder.get();
    
    //step 2
    //双重检查
    if (instance == null) {
        synchronized (holder) {
            instance = holder.get();
            if (instance == null) {
                //创建扩展实例
                instance = createExtension(name, wrap);
                //设置实例到holeder中
                holder.set(instance);
            }
        }
    }
    return (T) instance;
}

该方法主要有两部分。

step 1，先从缓存里查找name为“cat”的对象是否存在，即调用getOrCreateHolder(name)，在该方法里，会去cachedInstances缓存里查找。cachedInstances是一个定义为ConcurrentMap<String, Holder