谈java SPI机制、spring-mvc启动及servlet

作者: 进击de大黄 | 来源:发表于2016-09-23 08:29 被阅读2562次

主要回顾了java的类加载机制，servlet3.0新特性，java的spi机制，以及spring-mvc的初始化和加载过程。

SpringMVC初始化

之前我使用spring和springMVC的时候都是在web.xml里面定义一个listener org.springframework.web.context.ContextLoaderListener用来初始化spring和一个servlet org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet用来初始化springMVC。

我看了下DispatcherServlet的源码初始化流程，如下图DispatcherServlet初始化的时候，会创建一个WebApplicationInitializer。左边三者是一个继承关系。

WebApplicationContext和ApplicationContext有什么不同呢？
前者实现了后者，我们可以配置多个servlet对应不同的mapping，每个servlet会对应一个WebApplicationContext(wac)，但是ApplicationContext(ac)只有一个，wac之间可以共享ac里面配置的bean，如共享数据源，缓存等，而且如果不需要这些配置，ac也不是必须的。ac和wc是一个parent-child的层级关系。

随着servlet3.0的到来，web.xml也不是必须的了，我们可以定义一个WebApplicationInitializer来初始化一个WebApplicationContext，下面我讲讲WebApplicationInitializer的加载机制
看下面介绍的<a href="#ServletContext的性能增强"">servlet3对ServletContext的增强</a>可以知道，javaee容器在启动的时候会通过spi机制来寻找javax.servlet.ServletContainerInitializer的实现类，在spring-web jar包，如下图所示

@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)
public class SpringServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {

@Override
    public void onStartup(Set<Class<?>> webAppInitializerClasses, ServletContext servletContext)
            throws ServletException {

        List<WebApplicationInitializer> initializers = new LinkedList<WebApplicationInitializer>();

        if (webAppInitializerClasses != null) {
            for (Class<?> waiClass : webAppInitializerClasses) {
                // Be defensive: Some servlet containers provide us with invalid classes,
                // no matter what @HandlesTypes says...
                if (!waiClass.isInterface() && !Modifier.isAbstract(waiClass.getModifiers()) &&
                        WebApplicationInitializer.class.isAssignableFrom(waiClass)) {
                    try {
                        initializers.add((WebApplicationInitializer) waiClass.newInstance());
                    }
...
}

SpringServletContainerInitializer的onStartup()方法里面有如下一段注释

Because this class declares @HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class), Servlet 3.0+ containers will automatically scan the classpath for implementations of Spring's WebApplicationInitializer interface and provide the set of all such types to the webAppInitializerClasses parameter of this method.

因为这个类@HandlesTypes注解的是WebApplicationInitializer.class，Servlet3.0容器会自动的扫描classpath下面WebApplicationInitializer接口的实现类，并提供给SpringServletContainerInitializer的onStartup()方法

SPI机制

SPI的全名是Service Provider Interface，在java.util.ServiceLoader里面有比较详细的介绍。
如jdk提供了java.sql.Driver接口，我们将oracle的驱动包丢入classpath
驱动包目录结构如下，在/META-INF/services/java.sql.Driver文件中有一行内容，
oracle.jdbc.Driver

如下代码jdk提供了服务实现的一个工具类，java.util.ServiceLoader，所以通过这种方式就没必要写Class.forName("oracle.jdbc.OracleDriver")来加载驱动了

ServiceLoader<Driver> d= ServiceLoader.load(Driver.class);
        Iterator<Driver> it = d.iterator();
        while(it.hasNext()){
            Driver dd =it.next();
            System.out.println(dd.toString());//oracle.jdbc.OracleDriver@498e2a42
        }

查看ServiceLoader源码可知,他使用的类加载器是线程上下文类加载器

public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        return ServiceLoader.load(service, cl);
    }

服务的提供者，提供了服务的接口实现之后，在jar包的META-INF/services/下面创建一个以服务接口命名的文件，文件内容是提供着实现的接口实现类。

API 和 SPI的区别

API（Application Programming Interface ）。在java中，我们使用java提供的很多类、类的方法、数据结构来编写我们的应用程序，最终完成我们需求的程序功能，这里的类、方法、数据结构即是jdk提供的api。api的意义，其实就是这些提供给你完成某项功能的类、接口或者方法。
而SPI（Service Provider Interface）是指一些提供给你继承、扩展，完成自定义功能的类、接口或者方法。

Servlet3.0新特性

目前servlet4还正在开发过程中，目前最新的应该就是3了，最新的spring也用到了很多servlet3.0的特性，所以很有必要了解一下。
新特性概述：

异步处理支持，之前是servlet一直阻塞直到业务完成，现在可以将耗时任务委派给另外一个线程处理，自己不生成相应的情况下返回到容器
新增注解，简化servlet、filter、listener，所以可以无需配置web.xml
可插件支持，类似于开发应用时，将jar包放入classpath

异步处理支持

在web.xml配置<async-supported>true</async-supported>或者在注解里面添加asyncSupported = true

新增注解支持

@WebServlet
声明一个类为servlet，注解在部署时被容器自动处理
WebInitParam
通常配合@WebServlet和@WebFilter使用，类似于web.xml里面的<init-param>标签，指定初始化参数
WebFilter
声明一个类为过滤器
WebListener
声明一个类为监听器，该类必须实现如下最少一个接口

ServletContextListener
ServletContextAttributeListener
ServletRequestListener
ServletRequestAttributeListener
HttpSessionListener
HttpSessionAttributeListener

@MultipartConfig
该注解主要是为了辅助 Servlet 3.0 中 HttpServletRequest 提供的对上传文件的支持。

可插性支持

以配置servlet为例，有三种方式

最原始的在web.xml里面配置servlet
使用servlet3.0的@WebServlet注解
利用可插性，将类继承HttpServlet，然后打成jar包，在jar包的META-INF里面放置一个 web-fragment文件，在文件中声明Servlet配置

我觉得spring可能就是利用了可插性，等有时间验证一下。

ServletContext的性能增强

支持运行时，动态的部署servlet、过滤器、监听器，通过ServletContext的方法实现。
ServletContainerInitializer 也是 Servlet 3.0 新增的一个接口，容器在启动时使用SPI来发现 ServletContainerInitializer 的实现类，并且容器将 WEB-INF/lib 目录下 JAR 包中的类都交给该类的 onStartup() 方法处理，我们通常需要在该实现类上使用 @HandlesTypes 注解来指定希望被处理的类，过滤掉不希望给 onStartup() 处理的类。

Implementations of this interface must be declared by a JAR file resource located inside the META-INF/services directory and named for the fully qualified class name of this interface
这个接口的实现必须打包在一个jar文件里面，并且需要在META-INF/services/通过spi来定义

类加载器

Java源程序经过java编译器编译之后转换成Java字节码，类加载器负责读取Java字节码转换成java.lang.Class类的一个实例，通过实例的new Instance()方法可以创建出该类的一个对象。
系统提供的类加载器

引导类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader。
扩展类加载器（extensions class loader）：它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

加载类的过程
每个java类维护着一个指向它的类加载器的引用，可以通过getClassLoader()来获取。
下面是类加载器的层级关系

Java虚拟机判定两个类相同，不仅要看类的全名是否相同，还要看加载类的类加载器是否相同。
在ClassLoader的loadClass()方法里面有下面的代码，类加载器首先代理给父加载器来尝试加载。所以，真正完成类加载的类加载器（defining loader）可能和启动这个加载过程的类加载器(initiating loader)不是同一个。真正完成类加载工作是通过defineClass实现，启动类加载过程是通过loadClass实现。一个类的定义加载器是它引用的其他类的初始加载器。

// 根据名称来加载类
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException {
...
   try {
    if (parent != null) {
    c = parent.loadClass(name, false);
    } else {
    c = findBootstrapClassOrNull(name);
    }
  } catch (ClassNotFoundException e) {
   // ClassNotFoundException thrown if class not found
   // from the non-null parent class loader
  }
...
}

// 根据类的字节码加载类
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,
                                         ProtectionDomain protectionDomain)
        throws ClassFormatError{}

线程上下文类加载器
Thread.currentThread().getContextClassLoader()
context class loader，java应用运行的初始线程上下文加载器是系统类加载器，在线程中运行的代码可以通过此类加载器加载。
例子
SPI机制核心库提供了JDBC的接口，由引导类加载器加载，而JDBC的SPI实现类通常定义在第三方驱动包一般由系统类加载器加载，引导类加载器通过代理无法加载驱动包。所以这种情况就可以通过线程上下文类加载器来加载。

类加载器与web应用

对于运行在 Java EE的web应用来说，每个web应用都会有一个对应的类加载器实例，该类加载器也使用代理模式，不同的是它会首先尝试加载某个类，如果找不到再代理给父类加载器。与一般类加载器相反，这是Servlet规范推荐做法，目的是使Web应用自己的类优先级高于Web容器提供的类。

参考

What is the difference between ApplicationContext and WebApplicationContext in Spring MVC?
WebApplicationInitializer API
深入探讨java类加载器
 Servlet 3.0 新特性详解

转自 http://hrps.me/2016/09/22/java-spi-and-servlet-3-spring/

谈java SPI机制、spring-mvc启动及servlet

SpringMVC初始化

SPI机制

API 和 SPI的区别

Servlet3.0新特性

异步处理支持

新增注解支持

可插性支持

ServletContext的性能增强

类加载器

类加载器与web应用

参考

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