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dubbo源码(章节二) -- 内核探索之SPI

程序员文章站 2022-03-10 14:41:08
dubbo为什么不采用jdk的spi? jdk标准的spi会一次性实例化扩展点的所有实现,如果有扩展实现初始化很耗时,或者有的扩展实现没有使用到也会被加载,会造成资源浪费。 dubbo增加了对扩展点的ioc和aop的支持,一个扩展点可以直接setter注入其他的扩展点。 dubbo spi的一些约定 ......

dubbo为什么不采用jdk的spi?

  • jdk标准的spi会一次性实例化扩展点的所有实现,如果有扩展实现初始化很耗时,或者有的扩展实现没有使用到也会被加载,会造成资源浪费。
  • dubbo增加了对扩展点的ioc和aop的支持,一个扩展点可以直接setter注入其他的扩展点。

 

dubbo spi的一些约定:

spi文件的存储路径:

meta-inf/dubbo/internal/com.xxx.protocol

其中com.xxx.protocal代表文件名,即接口的全路径名。

spi的文件格式定义为:

xxx=com.foo.xxxprotocol
yyy=com.foo.yyyprotocol

这么定义的原因是:如果扩展实现中的静态属性或方法引用了某些第三方库,而该库又依赖缺失的话,就会导致这个扩展实现初始化失败。在这种情况下,dubbo无法定位失败的扩展id,所以无法精确定位异常信息。

 

dubbo spi的目的:

获取一个扩展实现类的对象。

extensionloader<t> getextensionloader(class<t> type)

为了获取到扩展实现类的对象,需要先为该接口获取一个extensionloader,缓存起来,之后通过这个extensionloader获取到对应的extension。 

由extensionloader获取对应extension主要有两种方式:

/**
 * find the extension with the given name.
*/ getextension(string name)

通过给定的name获取对象。

/**
 * get activate extensions.
 */
getadaptiveextension()

获取一个扩展装饰类对象,dubbo的扩展接口有个规则,它所有的实现类中,要么有且仅有一个类被@adaptive标注,getadaptiveextension()返回的就是这个类对象,要么所有的实现类都没有@adaptive注解,此时,dubbo就动态创建一个代理类并由getadaptiveextension()返回。这块后面详细谈论。

 

下面先讨论extensionloader的获取

先从dubbo的第一行代码开始:

com.alibaba.dubbo.container.main.main(args);

从这里的main方法进入,就来到dubbo的main class,这里定义了一个静态初始化的变量loader,这是dubbo的第一个扩展点,我们从这里开始跟代码,

private static final extensionloader<container> loader = 
    extensionloader.getextensionloader(container.class);

进入getextensionloader内部,

 1 private static final concurrentmap<class<?>, extensionloader<?>> extension_loaders = 
    new concurrenthashmap<class<?>, extensionloader<?>>(); 2 3 public static <t> extensionloader<t> getextensionloader(class<t> type) { 4   ...... 5   extensionloader<t> loader = (extensionloader<t>) extension_loaders.get(type); 6   if (loader == null) { 7     extension_loaders.putifabsent(type, new extensionloader<t>(type)); 8     loader = (extensionloader<t>) extension_loaders.get(type); 9   } 10   return loader; 11 }

这个方法的入参为class<t> type,标志了将要获取到的extensionloader的扩展接口的类型,此时实际的传入参数为container.class。

同时大家注意,我们前面说过,为扩展接口创建extensionloader时,所创建的extensionloader会被缓存起来,所以我们这里看到一个concurrenthashmap被申明用做缓存。

上述代码显示缓存中查询为null时,会创建一个extensionloader<t>,我们继续跟踪new extensionloader<t>(type),从代码第7行进入,

1 private extensionloader(class<?> type) {
2   this.type = type;
3   objectfactory = (type == extensionfactory.class ? null : 
      extensionloader.getextensionloader(extensionfactory.class).
        getadaptiveextension()); 4 }

首先为扩展接口的类型type赋值,这里是container.class,大家注意一个细节,前面getextensionloader方法的入参是class<t>,而这里却是class<?>,由泛型变成了通配符,稍后解释原因。

第三行为objectfactory赋值,暂时先不管objectfactory的作用,我们先看主干逻辑,因为这里type是container.class,三元运算符进入后半部分,再次调用getextensionloader,并传入参数extensionfactory.class。

继续跟踪代码,在getextensionloader内部它又会去查询缓存,因为这里还是不存在extensionfactory.class的key,所以继续进入new extensionloader<t>(type)的逻辑,这次的传入参数是extensionfactory.class,所以objectfactory被赋值为null。

这里就可以看出来了,两次调用extensionloader的构造方法,入参分别为container.class和extensionfactory.class,所以构造方法的入参使用通配符,同时concurrenthashmap作为缓存,它的key也是class<?>。

ok,到目前为止,我们总结下调用链:

extensionloader.getextensionloader(container.class);
    -->this.type = type;
    -->objectfactory = extensionloader.getextensionloader(extensionfactory.class).
      getadaptiveextension(); -->extensionloader.getextensionloader(extensionfactory.class); -->this.type = type; -->objectfactory = null;

缓存中应该有两项记录了,

{
  "key": "container.class",
  "value": "......"
}, {   "key": "extensionfactory.class",   "value": "......"
}

总结下以上代码,每一个extensionloader都包含有两个属性type,objectfactory:

  • class<t> type,初始化时要得到的接口名。
  • extensionfactory objectfactory,初始化一个adaptiveextensionfactory。objectfactory的作用是:为dubbo的ioc提供所有对象,这个的实现原理还是相当复杂的,之后单开一篇来说。

ok,现在我们获取到了extensionloader,接下来就是获取extension了。

 

下面讨论getadaptiveextension()

回忆前面在创建extensionloader<container>时,要初始化它的objectfactory:

objectfactory = extensionloader.getextensionloader(extensionfactory.class)
  .getadaptiveextension();

这里就是先获取extensionloader<extensionfactory>,之后调用了getadaptiveextension()。所以我们跟踪这个方法:

1 public t getadaptiveextension() {
2   object instance = cachedadaptiveinstance.get();
3   if (instance == null) {
4     instance = createadaptiveextension(); 5     cachedadaptiveinstance.set(instance);
6   } 7   return (t) instance; 8 }

为了节约篇幅,非主干逻辑的代码这里做了省略,可以看到,这个方法主要是为了给变量cachedadaptiveinstance赋值。继续跟踪代码第四行:

1 private t createadaptiveextension() {
2   return injectextension((t) getadaptiveextensionclass().newinstance());
3 }

这里调用了getadaptiveextensionclass(),先获取扩展的类对象,再实例化出具体的扩展对象,我们进入getadaptiveextensionclass():

1 private class<?> getadaptiveextensionclass() {
2   getextensionclasses();
3   if (cachedadaptiveclass != null) {
4     return cachedadaptiveclass;
5   }
6   return cachedadaptiveclass = createadaptiveextensionclass();
7 }

这里涉及到一个全局变量cachedadaptiveclass,这个变量很重要,留意一下,稍后马上就会说到,这里我们先看getextensionclasses()做了什么:

private map<string, class<?>> getextensionclasses() {
  map<string, class<?>> classes = cachedclasses.get();
  if(classes == null){
    classes = loadextensionclasses();
    cachedclasses.set(classes);
  }
  return classes; }

省约了非主干逻辑,这里其实就是加载所有的extensionclasses,也就是该扩展接口type的所有实现类,继续跟进:

private static final string services_directory = "meta-inf/services/";
private static final string dubbo_directory = "meta-inf/dubbo/";
private static final string dubbo_internal_directory = dubbo_directory + "internal/";

private map<string, class<?>> loadextensionclasses() {
  ......
  map<string, class<?>> extensionclasses = new hashmap<string, class<?>>();
  loaddirectory(extensionclasses, dubbo_internal_directory);
  loaddirectory(extensionclasses, dubbo_directory);
  loaddirectory(extensionclasses, services_directory);
  return extensionclasses;
}

这里依次加载三个目录,由于我们知道spi的存储路径就是meta-inf/dubbo/internal/,所有我们这里暂时只关注第一个loaddirectory即可,

 1 private void loaddirectory(map<string, class<?>> extensionclasses, string dir) {
 2   string filename = dir + type.getname();
3   enumeration<java.net.url> urls; 4   classloader classloader = findclassloader();
5   urls = classloader.getresources(filename);
6   while (urls.hasmoreelements()) { 7     java.net.url resourceurl = urls.nextelement(); 8     loadresource(extensionclasses, classloader, resourceurl); 9   }
10 }

这里传入的dir就是dubbo spi的存储路径meta-inf/dubbo/internal/,type.getname()获得扩展接口的类路径,两者拼接就得到一个dubbo spi的完整路径,这里的话就是:meta-inf/dubbo/internal/com.alibaba.dubbo.common.extension.extensionfactory。

获取该路径下的所有url资源,逐个处理,我们跟踪方法loadresource(......),

 1 private void loadresource(......) {
2   ......
3   string line; 4   while ((line = reader.readline()) != null) {
5     int i = line.indexof('=');
6     string name = line.substring(0, i).trim();
7     line = line.substring(i+1).trim();
8     loadclass(......, class.forname(line, true, classloader), name);
9   }
10 }

这个类的作用就是通过传入的url,读取文件,并逐行处理,前面说过dubbo spi的文件格式为xxx=com.foo.xxx,所以这里解析字符串就可以拿到扩展实现类的类名及对应的类路径,下一步就是加载这些实现类了,再这之前我们不妨先看看extensionfactory的扩展实现都有哪些,手动打开meta-inf/dubbo/internal/com.alibaba.dubbo.common.extension.extensionfactory文件,查看里面的内容,

adaptive=com.alibaba.dubbo.common.extension.factory.adaptiveextensionfactory
spi=com.alibaba.dubbo.common.extension.factory.spiextensionfactory

我们看到有两个实现,分别是adaptiveextensionfactory、spiextensionfactory,下面就将分别加载它们,

 1 private void loadclass(......, class<?> clazz, string name) {
2   if (clazz.isannotationpresent(adaptive.class)) { 3     if (cachedadaptiveclass == null) { 4       cachedadaptiveclass = clazz; 5     } else if (!cachedadaptiveclass.equals(clazz)) { 6       throw new illegalstateexception("more than 1 adaptive class found: "......)
7     } 8   } else if (iswrapperclass(clazz)) { 9     set<class<?>> wrappers = cachedwrapperclasses; 10     if (wrappers == null) { 11       cachedwrapperclasses = new concurrenthashset<class<?>>(); 12       wrappers = cachedwrapperclasses; 13     } 14     wrappers.add(clazz); 15   } else { 16     clazz.getconstructor();
17     ......
18     cachedactivates.put(name, activate);
19     cachednames.put(clazz, name);
20     extensionclasses.put(name, clazz);
21   } 22 }
1 private boolean iswrapperclass(class<?> clazz) {
2   try {
3     clazz.getconstructor(type);
4     return true;
5   } catch (nosuchmethodexception e) {
6     return false;
7   }
8 }

程序第二行判断如果当前类拥有@adaotive注解,则为全局变量cachedadaptiveclass赋值,否则,程序第八行判断如果当前类不包含@adpative注解,且当前类的构造器方法包含目标接口(type)类型,则当前类被加入cachedwrapperclasses缓存,否则,如果当前类即不被@adaptive注解,也没有type类型的构造器,它最终会被加入到extensionclasses中,extensionclasses最终赋值给了cachedclasses。

注意代码第五行,cachedadaptiveclass是class<?>类型的变量,也就是说,只能是一个值,那么当我们逐行加载spi配置文件里的类时,如果有两个类都标注了@adaptive注解呢?第二个被标注的类会直接抛异常,因为此时cachedadaptiveclass已经被赋值了第一个类的类型,它当然不会equals第二个类了,由此就证明了我们开篇提到的dubbo spi的规则,它的所有实现类中,最多有一个被@adaptive注解。

ok,到了这里,加载扩展classes的过程就结束了,我们回到getextensionclasses()的调用处,在方法getadaptiveextensionclass()中,完成了classes的加载之后,接下来就判断全局变量cachedadaptiveclass的值,如果不为null,则表明该变量在上述类加载过程中被赋值了,我们前面描述了,这个值就只能是一个带有@adaptive注解的扩展类。如果该变量仍然为null,则表明这个扩展接口没有一个实现类带有@adaptive注解,大家回忆一下,前面我们说过dubbo spi的规则,它要么只有一个实现类被@adaptive注解,要么就没有,如果它没有一个实现类被@adaptive注解,那么就动态创建一个代理类,这句话就体现在这里了,显而易见,方法createadaptiveextensionclass()就将被用来完成这件事。

1 private class<?> createadaptiveextensionclass() {
2   string code = createadaptiveextensionclasscode();
3   classloader classloader = findclassloader();
4   compiler compiler = extensionloader.getextensionloader(compiler.class)
5     .getadaptiveextension(); 6   return compiler.compile(code, classloader); 7 }

这个过程分四步来做,首先在程序第二行,将动态生成一个代理类,这个的实现代码非常繁琐,这里不贴出来了,其原理就是通过一个adpative类的模板来生成代理类,我总结下模板给大家参考,

package <扩展点接口所在包>

public class <扩展点接口名>$adaptive implements <扩展点接口>{   public <有@adaptive注解的接口方法>(参数){
    //这里生成代理对象,执行方法
  } }

也就是说,代理类只会生成接口中被@adaptive注解了的方法,如果试图在代理类中调用接口中没有标注@adaptive的方法,程序会抛出异常。

因为这里当前的type是extensionfactory,这个接口是拥有一个被@adaptive注解了的类的,所以我们debug到这里会直接获得adaptiveextensionfactory,不会触发动态生成代理类的过程,为了了解动态代理类到底长什么样子,这里我给大家举个例子,protocol是dubbo的一个spi接口,它的所有实现类没有一个被@adaptive注解,所以如果我们执行下面这句代码,

extensionloader.getextensionloader(protocol.class).getadaptiveextension();

它在通过spi配置文件的类加载中得不到一个adaptive的实现类,所以代码最终会进入createadaptiveextensionclass()方法中,我们通过debug拿到string code的值,如下,

 1 package com.alibaba.dubbo.rpc;
 2 import com.alibaba.dubbo.common.extension.extensionloader;
3 4 public class protocol$adaptive implements com.alibaba.dubbo.rpc.protocol { 5   public void destroy() {
6     throw new exception("method destroy() of protocol is not adaptive method!"); 7   }
8 9   public int getdefaultport() {
10     throw new exception("... not adaptive method!"); 11   }
12 13   public exporter export(invoker arg0) throws rpcexception { 
14     ......
15     protocol extension = (protocol)extensionloader.getextensionloader(protocol.class)
16       .getextension(extname); 17     return extension.export(arg0); 18   }
19 20   public invoker refer(class arg0, url arg1) throws rpcexception { 21     ......
22     protocol extension = (protocol)extensionloader.getextensionloader(protocol.class)
23       .getextension(extname); 24     return extension.refer(arg0, arg1); 25   } 26 }

我们对比protocol接口的定义来看,

 1 @spi("dubbo")
 2 public interface protocol {
 3 
 4     int getdefaultport();
 5 
 6     @adaptive
 7     <t> exporter<t> export(invoker<t> invoker) throws rpcexception;
 8     
 9     @adaptive
10     <t> invoker<t> refer(class<t> type, url url) throws rpcexception;
11 
12     void destroy();
13 }

可以看到,方法export和refer被标注了@adaptive注解,所以在代理类中生成了代理方法,为什么说是代理方法呢,因为在方法内部又生成了一个protocol对象,通过这个对象完成了方法调用,对象extension就是一个不折不扣的代理对象。另外,在接口中方法getdefaultport()和方法destroy()没有被标注@adaptive注解,所以在代理类中它们没有被实现。

生成了代理类之后,下一步,就是动态编译这个代理类,关于动态编译的内容,之后单独开一篇来讨论。另外这里从代码中可以看到,compiler也是由spi获得的,实际上,dubbo所有扩展对象的获取都是通过spi完成的,故而我们也说spi是dubbo内核的灵魂之所在。

ok,不论是通过配置文件加载,还是通过动态编译生成代理类,到这里为止,getadaptiveextensionclass()方法就执行完了,我们终于获得了扩展类的类对象,但这还不是扩展对象,继续回到方法getadaptiveextensionclass()的调用处,

1 private t createadaptiveextension() {
2   return injectextension((t) getadaptiveextensionclass().newinstance());
3 }

这里我们拿刚刚返回的类对象new了一个instance出来,之后就作为参数被传入injectextension()方法中了,这个方法会进入dubbo的ioc,控制反转,实现扩展对象的动态注入,ioc的相关内容下一篇文章再做讨论。

dubbo的adaptive spi,主要逻辑到这里就梳理完成了,spi是dubbo内核的灵魂,同时它的实现原理也是颇复杂的,这里提到的几段代码需要结合debug反复跟踪,不断琢磨。