Java的SPI机制——动态加载ServiceLoader

动态加载ServiceLoader

ServiceLoader 核心作用

ServiceLoader 是 Java 内置的服务提供者加载工具（属于 java.util 包），核心目标是实现 SPI（Service Provider Interface，服务提供者接口）机制：解耦服务接口与实现类，让程序能动态发现、加载和使用符合规范的第三方 / 模块化服务实现，无需硬编码依赖，支持可插拔的扩展。

ServiceLoader 使用示例

1. 定义一个通用接口Driver

   public interface Driver {
   
       void init();
   
   }
   

2. Driver的不同实现DriverImpl1和DriverImpl2

   public class DriverImpl1 implements Driver{
       @Override
       public void init() {
           System.out.println("DriverImpl1 init");
       }
   }
   
   public class DriverImpl2 implements Driver{
       @Override
       public void init() {
           System.out.println("DriverImpl2 init");
       }
   }
   
   

3. 在src/main/resources/META-INF/services下新建SPI规范文件，文件名=接口的全类名，如com.xxx.Driver

   com.xxx.DriverImpl1
   com.xxx.DriverImpl2
   

4. 使用ServiceLoader 加载Driver的不同实现DriverImpl1和DriverImpl2实例

   public class App {
   
       public static void main(String[] args) {
           ServiceLoader<Driver> serviceLoader = ServiceLoader.load(Driver.class);
           for (Driver driver : serviceLoader) {
               driver.init();
           }
       }
   }
   

   输出

   DriverImpl1 init
   DriverImpl2 init
   

ServiceLoader 典型使用场景

典型使用场景

1. JDBC 驱动加载（最经典）：
   • Java 核心库只定义 java.sql.Driver 接口，不提供具体数据库驱动；
   • MySQL/Oracle 等厂商实现 Driver 接口，并在 META-INF/services/java.sql.Driver 文件中写入实现类名；
   • 程序通过 ServiceLoader.load(Driver.class) 自动加载驱动，无需手动注册。
2. 日志框架扩展（如 SLF4J）：
   • SLF4J 定义日志接口，logback/log4j 作为实现；
   • 引入 logback 依赖后，ServiceLoader 自动加载其实现类，程序无需修改日志调用代码。
3. 框架扩展（如 Dubbo/SpringBoot）：
   • Dubbo 通过 ServiceLoader 加载协议、序列化器等扩展；
   • SpringBoot 的自动配置部分也依赖 SPI 机制加载第三方 Starter。

JDBC驱动加载场景

在JDK中定义了数据库驱动的接口规范java.sql.Driver，常见的数据库驱动厂商分别有不同的实现，如Mysql的驱动常用的有com.mysql:mysql-connector-j或者org.mariadb.jdbc:mariadb-java-client分别实现了java.sql.Driver

并在他们的jar中提供了基于SPI规范的META-INF

|---mysql-connector-j
	|---com.mysql...
	|---META-INF
		|---services
			|---java.sql.Driver ## 内容为 com.mysql.cj.jdbc.Driver
|---mariadb-java-client
	|---org.mariadb...
	|---META-INF
		|---services
			|---java.sql.Driver ## 内容为 org.mariadb.jdbc.Driver

在实际使用中，一些驱动管理组件会调用ServiceLoader.load(Driver.class)去加载这些遵循SPI规范的驱动实例。如所有的java原生的java.sql.DriverManager中会调用确保数据库驱动加载，而Driver的实现类中都有静态代码块注册数据库驱动

/** MariaDB Driver */
public final class Driver implements java.sql.Driver {
    // 使用静态代码自动注册驱动
	static {
        try {
          	DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException e) {
          	// eat
        }
  	}
}

public class DriverManager {
    //...
    // 获取数据库驱动前确保驱动已经被加载
    private static void ensureDriversInitialized() {
        //... 
		/**
		*  	基于SPI协议使用ServiceLoad加载所有的数据库驱动
		*	适配java安全模式启动，此处加载数据库驱动需要使用AccessController临时提升权限	
		*/
        AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
            public Void run() {
				// 加载所有的数据库驱动
                ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
                // 获取数据库驱动迭代器
                Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
                try {
                    while (driversIterator.hasNext()) {
                        // 遍历驱动器时，驱动中的静态代码块会自动注册
                        driversIterator.next();
                    }
                } catch (Throwable t) {
                    // Do nothing
                }
                return null;
            }
        });
    }
}

ServiceLoader 核心价值

1. 解耦接口与实现，降低代码耦合

   • 服务接口（如 java.sql.Driver）由核心框架 / 模块定义，实现类（如 MySQL/Oracle 驱动）由第三方提供；

   • 核心代码仅依赖接口，不直接引用实现类，避免了 “硬编码 new 实现类” 的耦合问题，修改 / 替换实现无需改动核心代码。

2. 动态加载实现类（运行时扩展）

   ServiceLoader 会自动扫描类路径下的特定配置文件，加载所有符合规范的实现类，无需手动管理类加载：

   • 配置文件路径：META-INF/services/[服务接口全限定名]；

   • 配置文件内容：每行写一个实现类的全限定名（支持多个实现）。

3. 支持可插拔的扩展机制

   这是 ServiceLoader 最核心的价值：第三方只需遵循 SPI 规范实现接口、配置文件，无需修改原有程序，即可无缝接入扩展。