ServiceLoader详解

系统中用到了ServiceLoader，查了一下：

ServiceLoader与ClassLoader是Java中2个即相互区别又相互联系的加载器.JVM利用ClassLoader将类载入内存，这是一个类声明周期的第一步（一个java类的完整的生命周期会经历加载、连接、初始化、使用、和卸载五个阶段，当然也有在加载或者连接之后没有被初始化就直接被使用的情况）。详情请参阅：详解Java类的生命周期

那ServiceLoader又是什么呢？ServiceLoader：一个简单的服务提供者加载设施。服务 是一个熟知的接口和类（通常为抽象类）集合。服务提供者 是服务的特定实现。提供者中的类通常实现接口，并子类化在服务本身中定义的子类。服务提供者可以以扩展的形式安装在 Java 平台的实现中，也就是将 jar 文件放入任意常用的扩展目录中。也可通过将提供者加入应用程序类路径，或者通过其他某些特定于平台的方式使其可用。……唯一强制要求的是，提供者类必须具有不带参数的构造方法，以便它们可以在加载中被实例化。

通过在资源目录META-INF/services中放置提供者配置文件 来标识服务提供者。文件名称是服务类型的完全限定二进制名称。该文件包含一个具体提供者类的完全限定二进制名称列表，每行一个。忽略各名称周围的空格、制表符和空行。注释字符为'#'('u0023', NUMBER SIGN)；忽略每行第一个注释字符后面的所有字符。文件必须使用 UTF-8 编码。 

以延迟方式查找和实例化提供者，也就是说根据需要进行。服务加载器维护到目前为止已经加载的提供者缓存。每次调用 iterator 方法返回一个迭代器，它首先按照实例化顺序生成缓存的所有元素，然后以延迟方式查找和实例化所有剩余的提供者，依次将每个提供者添加到缓存。可以通过 reload 方法清除缓存。

……

以上来源于Java API里的说明，也许说的很专业，让我们有点晕头转向，我们可以简单的认为：ServiceLoader也像ClassLoader一样，能装载类文件，但是使用时有区别，具体区别如下：（1） ServiceLoader装载的是一系列有某种共同特征的实现类，而ClassLoader是个万能加载器；（2）ServiceLoader装载时需要特殊的配置，使用时也与ClassLoader有所区别；（3）ServiceLoader还实现了Iterator接口。[如有错误或不到的地方敬请指出，互相学习：）]

下面是关于ServiceLoader的简单的例子，仅供参考

（1）基础服务：IService

1 2 3 4 5

package com.service; public interface IService {     String sayHello();     String getScheme(); }

（2）具体服务实现1：HDFSService

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

package com.impl; import com.service.IService; public class HDFSService implements IService {     @Override     public String sayHello() {         return "Hello HDFSService";     }     @Override     public String getScheme() {         return "hdfs";     } }

（3）具体服务实现2：LocalService

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

package com.impl; import com.service.IService; public class LocalService  implements IService {     @Override     public String sayHello() {         return "Hello LocalService";     }     @Override     public String getScheme() {         return "local";     } }

（4）配置：META-INF/services/com.service.IService

1 2	com.impl.HDFSService com.impl.LocalService

(5)测试类

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

package com.test; import java.util.ServiceLoader; import com.service.IService; public class Test {     public static void main(String[] args) {         ServiceLoader<IService> serviceLoader  = ServiceLoader.load(IService.class);         for(IService service : serviceLoader) {             System.out.println(service.getScheme()+"="+service.sayHello());         }     } }

结果：

hdfs=Hello HDFSService
local=Hello LocalService

可以看到ServiceLoader可以根据IService把定义的两个实现类找出来，返回一个ServiceLoader的实现，而ServiceLoader实现了Iterable接口，所以可以通过ServiceLoader来遍历所有在配置文件中定义的类的实例。

ServiceLoader的应用

（1）Hadoop FileSystem

Hadoop FileSystem就是通过这个机制来根据不同文件的scheme来返回不同的FileSystem。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

private static void loadFileSystems() {    synchronized(FileSystem.class){      if(!FILE_SYSTEMS_LOADED) {        ServiceLoader<FileSystem> serviceLoader = ServiceLoader.load(FileSystem.class);        for(FileSystem fs : serviceLoader) {          SERVICE_FILE_SYSTEMS.put(fs.getScheme(),fs.getClass());        }        FILE_SYSTEMS_LOADED= true;      }    }  }

对应的配置文件：

1 2 3 4 5 6 7

org.apache.hadoop.fs.LocalFileSystem  org.apache.hadoop.fs.viewfs.ViewFileSystem  org.apache.hadoop.fs.s3.S3FileSystem  org.apache.hadoop.fs.s3native.NativeS3FileSystem  org.apache.hadoop.fs.kfs.KosmosFileSystem  org.apache.hadoop.fs.ftp.FTPFileSystem  org.apache.hadoop.fs.HarFileSystem

通过之前的测试类输出对应的scheme和class如下： 
file=class org.apache.hadoop.fs.LocalFileSystem   
viewfs=class org.apache.hadoop.fs.viewfs.ViewFileSystem   
s3=class org.apache.hadoop.fs.s3.S3FileSystem   
s3n=class org.apache.hadoop.fs.s3native.NativeS3FileSystem   
kfs=class org.apache.hadoop.fs.kfs.KosmosFileSystem   
ftp=class org.apache.hadoop.fs.ftp.FTPFileSystem   
har=class org.apache.hadoop.fs.HarFileSystem   
hdfs=class org.apache.hadoop.hdfs.DistributedFileSystem   
hftp=class org.apache.hadoop.hdfs.HftpFileSystem   
hsftp=class org.apache.hadoop.hdfs.HsftpFileSystem   
webhdfs=class org.apache.hadoop.hdfs.web.WebHdfsFileSystem  

可以看到FileSystem会把所有的FileSystem的实现都以scheme和class来cache，之后就从这个cache中取相应的值。因此，以后可以通过ServiceLoader来实现一些类似的功能，而不用依赖像Spring这样的第三方框架。

（2）责任链模式

责任链模式的定义：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

责任连模式可以使用ServiceLoader实现具体服务对象的迭代加载并处理，为了确保此模式的灵活性，建议判断逻辑通过配置文件或数据库的方式，具体实现方式见 参考链接（2） 消灭成堆的……

一、使用场景
一般使用接口的实现类都是静态new一个实现类赋值给接口引用，如下：

HelloService service = new HelloImpl();

如果需要动态的获取一个接口的实现类呢？全局扫描全部的Class，然后判断是否实现了某个接口？代价太大，一般不会这么做。一种合适的方式就是使用配置文件，把实现类名配置在某个地方，然后读取这个配置文件，获取实现类名。JDK给我们提供的TestServiceLoader 就是这种方式。

二、使用方式
在实现类的jar包的META-INF下新建一个文件夹services，并在services下新建一个文件，以接口的全限定名为文件名，内容为实现类的全限定名。

通过以下的例子来分析实现原理.

1. 新建一个接口，2个实现类。

package com.test.loader;

public interface HelloService {
public void sayHello();
}
package com.test.loader;

public class Dog implements HelloService {

@Override
public void sayHello() {
System.out.println("bark bark bark...");
}
}
package com.test.loader;

public class Sheep implements HelloService {

@Override
public void sayHello() {
System.out.println("bleat bleat bleat...");
}
}
2. 分别把接口、2个实现类打成3个jar包，放在D盘下。

3. 在Dog.jar、Sheep.jar分别加上META-INF下新建一个文件夹services，并在services下新建一个文件，以接口的全限定名为文件名，内容为实现类的全限定名。如下：

4. 使用指定的ClassLoader不包含实现类

public static void notInTheClassLoader() throws MalformedURLException {
ClassLoader serviceCL = new URLClassLoader(new URL[] { new URL("file:" + "D:/HelloService.jar") },
TestServiceLoader.class.getClassLoader().getParent());

/* 指定的ClassLoader没有实现类，所以扫描不到META-INF/services/com.test.loader.HelloService */
ServiceLoader<HelloService> helloServices = ServiceLoader.load(HelloService.class, serviceCL);

Iterator<HelloService> it = helloServices.iterator();
while (it.hasNext()) {
HelloService service = it.next();
service.sayHello();
}
}
结果不会打印任何信息。

5. 指定的ClassLoader包含实现类

public static void inTheClassLoader() throws MalformedURLException {
ClassLoader serviceCL = new URLClassLoader(
new URL[] { new URL("file:" + "D:/Dog.jar"), new URL("file:" + "D:/Sheep.jar") },
TestServiceLoader.class.getClassLoader().getParent());

/* 实现类在指定的ClassLoader，所以可以扫描META-INF/services/com.test.loader.HelloService */
ServiceLoader<HelloService> helloServices = ServiceLoader.load(HelloService.class, serviceCL);

Iterator<HelloService> it = helloServices.iterator();
while (it.hasNext()) {
HelloService service = it.next();
service.sayHello();
}
}
结果如下：

bark bark bark...

bleat bleat bleat...
6. 使用指定的ClassLoader加载接口类，不指定ClassLoader加载实现类。

public static void defaultClassLoader() throws MalformedURLException, ClassNotFoundException {
ClassLoader serviceCL = new URLClassLoader(new URL[] { new URL("file:" + "D:/HelloService.jar"),
new URL("file:" + "D:/Dog.jar"), new URL("file:" + "D:/Sheep.jar") },
TestServiceLoader.class.getClassLoader().getParent());

/* 默认会使用 ClassLoader.getSystemClassLoader() */
ServiceLoader<HelloService> helloServices = ServiceLoader
.load(((Class<HelloService>) (serviceCL.loadClass("com.test.loader.HelloService"))));

Iterator<HelloService> it = helloServices.iterator();
while (it.hasNext()) {
HelloService service = it.next();
service.sayHello();
}
}
结果不打印任何信息。

7. 把2个实现jar加到工程的Build Path里面，不指定ClassLoader。

public static void notSpecifyClassLoader() {
ServiceLoader<HelloService> helloServices = ServiceLoader.load(HelloService.class);

Iterator<HelloService> it = helloServices.iterator();
while (it.hasNext()) {
HelloService service = it.next();
service.sayHello();
}
}
结果如下：

bark bark bark...

bleat bleat bleat...
三、简单解析ServiceLoader
1. 构造函数，如果不指定ClassLoader或者指定的为null，则使用ClassLoader.getSystemClassLoader() ，即AppClassLoader。

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();

}
2. 遍历有两个方法

hasNext会调用hasNextService，如果指定的ClassLoader为空（一般不会为空，构造函数会初始化），则调用ClassLoader.getSystemClassLoader().getResources，否则调用指定的ClassLoader的getResources方法，获取META-INF/services/接口的全限定名称，如META-INF/services/com.test.loader.HelloService，从这个文件中找出实现类全限定名称。

next会调用nextService，根据hasNextService获取的实现类信息，使用指定的ClassLoader进行加载和实例化。 

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

}
注：以上代码基于JDK1.8.0_144。

参考：Java ServiceLoader使用和解析