Android模块开发之SPI
Java提供的SPI全名就是Service Provider Interface,下面是一段官方的解释,，其实就是为某个接口寻找服务的机制，有点类似IOC的思想，将装配的控制权移交给ServiceLoader。SPI在平时我们用到的会比较少，但是在Android模块开发中就会比较有用，不同的模块可以基于接口编程，每个模块有不同的实现service provider,然后通过SPI机制自动注册到一个配置文件中，就可以实现在程序运行时扫描加载同一接口的不同service provider。这样模块之间不会基于实现类硬编码，可插拔。
* <p> A <i>service</i> is a well-known set of interfaces and (usually
* abstract) classes. A <i>service provider</i> is a specific implementation
* of a service. The classes in a provider typically implement the interfaces
* and subclass the classes defined in the service itself.
* <p> For the purpose of loading, a service is represented by a single type,
* that is, a single interface or abstract class. (A concrete class can be
* used, but this is not recommended.) A provider of a given service contains
* one or more concrete classes that extend this <i>service type</i> with data
* and code specific to the provider.
说的可能比较抽象，我们还是通过一个栗子来看看SPI在Android中的应用。先看张工程结构图，有四个模块，一个是app主程序模块，有一个接口interface模块，另外两个就是接口的不同实现模块adisplay和bdisplay。
工程结构.png
栗子很简单，就是点击按钮，加载不同模块实现的方法，如下图所示：
栗子.png
1.接口
首先就是模块之间通信接口的实现，我们这里单独抽出一个模块interface，后面接口的不同实现模块可以都依赖同一个接口模块。接口里面就是一个简单的接口：
package com.example;
public interface Display {
String display();
}
2.模块实现
接下来就是用不同的模块实现接口，首先需要在模块的build.gradle中加入接口的依赖：
dependencies {
compile fileTree(include: ['*.jar'], dir: 'libs')
compile project(':interface')
}
然后一个简单的实现类实现接口Display。adisplay模块的实现类就是ADisplay。
package com.example;
public class ADispaly implements Display{
@Override
public String display() {
return "This is display in module adisplay";
}
}
bdisplay模块的实现类就是BDisplay。
package com.example;
public class BDisplay implements Display{
@Override
public String display() {
return "This is display in module bdisplay";
}
}
接着就是要把这些接口实现类注册到配置文件中，spi的机制就是注册到META-INF/services中。首先在java的同级目录中new一个包目录resources，然后在resources新建一个目录META-INF/services，再新建一个file，file的名称就是接口的全限定名，在我们的栗子中就是：com.example.Display，文件中就是不同实现类的全限定名，不同实现类分别一行。
adisplay模块最后的工程结构下图所示。文件com.example.Display中的内容就是ADispaly实现类的全限定名com.example.ADispaly
模块工程结构.png
bdisplay模块最后的工程结构和上图类似，文件
com.example.Display中的内容就是BDisplay实现类的全限定名com.example.BDisplay。模块的实现就是上面这些，接下来看下主程序模块app中有哪些步骤。
3.加载不同服务
当然在主程序模块中也可以有自己的接口实现：
package com.example.juexingzhe.spidemo;
import com.example.Display;
public class DisplayImpl implements Display {
@Override
public String display() {
return "This is display in module app";
}
}
在配置文件com.example.Display中的内容就是com.example.juexingzhe.spidemo.DisplayImpl
在界面上放置一个按钮，点击按钮会记载所有模块配置文件中的实现类：
mButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
loadModule();
}
});
关键的代码其实就是下面三行，通过ServiceLoader来加载接口的不同实现类，然后会得到迭代器，在迭代器中可以拿到不同实现类全限定名，然后通过反射动态加载实例就可以调用display方法了。
ServiceLoader<Display> loader = ServiceLoader.load(Display.class);
mIterator = loader.iterator();
while (mIterator.hasNext()){
mIterator.next().display();
}
4.源码分析
主要工作都是在ServiceLoader中，这个类在java.util包中。先看下几个重要的成员变量, PREFIX就是配置文件所在的包目录路径；service就是接口名称，在我们这个例子中就是Display；loader就是类加载器，其实最终都是通过反射加载实例；providers就是不同实现类的缓存，key就是实现类的全限定名，value就是实现类的实例；lookupIterator就是内部类LazyIterator的实例。
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
// The class or interface representing the service being loaded
private Class<S> service;
// The class loader used to locate, load, and instantiate providers
private ClassLoader loader;
// Cached providers, in instantiation order
private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
// The current lazy-lookup iterator
private LazyIterator lookupIterator;
上面提到SPI的三个关键步骤：
ServiceLoader<Display> loader = ServiceLoader.load(Display.class); mIterator = loader.iterator(); while (mIterator.hasNext()){ mIterator.next().display(); }
先看下第一个步骤load：ServiceLoader提供了两个静态的load方法,如果我们没有传入类加载器，ServiceLoader会自动为我们获得一个当前线程的类加载器，最终都是调用构造函数。
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
ClassLoader cl =Thread.currentThread().getContextClassLoader();
return ServiceLoader.load(service, cl);
}
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,ClassLoader loader)
{
return new ServiceLoader<>(service, loader);
}
在构造函数中工作很简单就是清除实现类的缓存，实例化迭代器。
public void reload() {
providers.clear();
lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
}
private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
service = svc;
loader = cl;
reload();
}
private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) {
this.service = service;
this.loader = loader;
}
注意了，我们在外面通过ServiceLoader.load(Display.class)并不会去加载service provider，也就是懒加载的设计模式，这也是Java SPI的设计亮点。
那么service provider在什么地方进行加载？我们接着看第二个步骤loader.iterator(),其实就是返回一个迭代器。我们看下官方文档的解释,这个就是懒加载实现的地方，首先会到providers中去查找有没有存在的实例，有就直接返回，没有再到LazyIterator中查找。
* Lazily loads the available providers of this loader's service.
*
* <p> The iterator returned by this method first yields all of the
* elements of the provider cache, in instantiation order. It then lazily
* loads and instantiates any remaining providers, adding each one to the
* cache in turn.
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();
}
};
}
我们一开始providers中肯定是没有缓存的实例的，接着会到LazyIterator中查找，去看看LazyIterator,先看下hasNext()方法。
- 首先拿到配置文件名fullName,我们这个例子中是
com.example.Display
2.通过类加载器获得所有模块的配置文件Enumeration<URL> configs configs
3.依次扫描每个配置文件的内容，返回配置文件内容Iterator<String> pending，每个配置文件中可能有多个实现类的全限定名，所以pending也是个迭代器。
public boolean hasNext() {
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;
}
在上面hasNext()方法中拿到的nextName就是实现类的全限定名，接下来我们去看看具体实例化工作的地方next():
1.首先根据nextName，Class.forName加载拿到具体实现类的class对象
2.Class.newInstance()实例化拿到具体实现类的实例对象
3.将实例对象转换service.cast为接口
4.将实例对象放到缓存中，providers.put(cn, p)，key就是实现类的全限定名，value是实例对象。
5.返回实例对象
public S next() {
if (!hasNext()) {
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", x);
}
if (!service.isAssignableFrom(c)) {
ClassCastException cce = new ClassCastException(
service.getCanonicalName() + " is not assignable from " + c.getCanonicalName());
fail(service,
"Provider " + cn + " not a subtype", cce);
}
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,
x);
}
throw new Error(); // This cannot happen
}
到这里我们的源码分析之旅就结束了，主要思想其实就是懒加载的思想。
5.总结
通过Java的SPI机制也有一点缺点就是在运行时通过反射加载类实例，这个对性能会有点影响。但是瑕不掩瑜，SPI机制可以实现不同模块之间方便的面向接口编程，拒绝了硬编码的方式，解耦效果很好。用起来也简单，只需要在目录META-INF/services中配置实现类就行。源码中也用来了懒加载的思想，开发中可以借鉴。
文中的栗子也上传网上，有需要的可以参考：https://github.com/juexingzhe/SPIDemo.git
今天的Android模块开发之SPI就到这里了，后面我们还会再有Android模块开发的相关技术介绍，欢迎关注，谢谢！
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