postgres java连接数据库

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bigrobin 2024-10-10 10:34:35

文章标签 postgres java连接数据库 SPI 类加载机制类加载器加载 文章分类 Java 后端开发

环境

Java 1.8

API想必大家都很熟悉，开发人员，日常开发中干的基本都是API开发。

API

全称：Application Programming Interface 应用程序接口。

postgres java连接数据库_类加载器

类似上图的情形，我们称之为API，规则如下：

服务方提供接口规则，并实现。
调用方需对服务方有依赖引用。

我们现在就基于API思路来，来为JDK设计一套数据库访问的接口，即：我们自己来设计一下JDBC的思路；

我们首先要定义一套数据库的交互接口，接着去实现它，然后开发人员在引入JDK时，就可以开发使用了。
如下图：

postgres java连接数据库_类加载机制_02

根据上面的流程图，很容易发现按照API的思路去设计会有很严重的问题：

JDK和数据库进行了强耦合。
导致，如：MySQL迭代升级后，实现变更了，JDK也得跟着变；

这种问题，很明显是设计上的问题，因为数据库厂家不同，实现应该由数据库厂家自己去实现，但是数据库访问的接口该谁来定义呢？由数据库厂家定义的话，大家都各自定义一套自己的标准，这样JDK用起来非常麻烦，依然是强耦合。那就只能JDK来定义标准了。

像这种：JDK定义接口标准，数据库厂商去实现这些标准类，我们把这种设计形式称为 SPI。

SPI

全称：Service Provider Interface，是一种服务发现机制。

SPI机制的概念

以下概念来自复制粘贴

SPI的全名为Service Provider Interface，主要是应用于厂商自定义组件或插件中，在java.util.ServiceLoader的文档里有比较详细的介绍。

简单的总结下java SPI机制的思想：我们系统里抽象的各个模块，往往有很多不同的实现方案，比如日志模块、xml解析模块、jdbc模块等方案。面向的对象的设计里，我们一般推荐模块之间基于接口编程，模块之间不对实现类进行硬编码。一旦代码里涉及具体的实现类，就违反了可拔插的原则，如果需要替换一种实现，就需要修改代码。为了实现在模块装配的时候能不在程序里动态指明，这就需要一种服务发现机制。 Java SPI就是提供这样的一个机制：为某个接口寻找服务实现的机制。

Java SPI的具体约定为：当服务的提供者提供了服务接口的一种实现之后，在jar包的META-INF/services/目录里同时创建一个以服务接口命名的文件，该文件里就是实现该服务接口的具体实现类。而当外部程序装配这个模块的时候，就能通过该jar包META-INF/services/里的配置文件找到具体的实现类名，并装载实例化，完成模块的注入。基于这样一个约定就能很好的找到服务接口的实现类，而不需要再代码里制定。jdk提供服务实现查找的一个工具类：java.util.ServiceLoader。

OK，概念看完了，是不是看的头晕，我看的也头晕，但是不要慌，且听我叨叨；

假设我们按照SPI来设计JDBC，那么流程图如下：

实际上JDK就是按照SPI的思路来设计JDBC的。

postgres java连接数据库_postgres java连接数据库_03

根据SPI的特点，我们会发现：

服务方(JDK)提供接口标准
实现方独立的jar包，作为接口的实现；即：实现类的提供方。此处场景就是
服务方(JDK)，需要有一种服务发现的能力，才能找到实现类。

概念基本讲完了，很好理解，接下来我们来探讨下，服务发现机制。

服务发现机制

顾名思义，服务方定义好标准接口后，利用办法去把其实现类找到。

我们日常开发中会遇到两类：

一类是在项目里引入jar包。
另一类是在微服务的环境中的服务治理中去发现。

这里只讲引jar包的方式，对JDK来说，就是从classpath中如何加载类的问题？

这里就得讲讲JDK工具类ServiceLoader。

我们看看JDK是怎么使用它的：

这段代码是DriverManager类中loadInitialDrivers()方法里一段逻辑；

//代码逻辑片段
...
ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
try{
    while(driversIterator.hasNext()) {
        driversIterator.next();
    }
} catch(Throwable t) {
// Do nothing
}
...

简单分析下源码：

public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
	//从当前线程中获取 线程上下文类加载器
	//默认情况下，就是AppClassLoader，也就是系统加载器。
    ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    return ServiceLoader.load(service, cl);
}

private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
	//这里就是Driver.class
    service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
    //线程上下文类加载器
    loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
    acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
    reload();
}

接着我们来看看while(driversIterator.hasNext())这段源码：

public boolean hasNext() throws ServiceConfigurationError {
    if (this.nextName != null) {
        return true;
    } else {
        if (this.configs == null) {
            try {
 //会去classpath路径中的META-INF/services/去寻找以接口标准命名的文件。
 //在JDK中JDBC实现中就是java.sql.Driver。
 //也就是说JDK提供的ServiceLoader工具类会去classpath中META-INF/services/路径下去找以java.sql.Driver命名的文件
            //然后读取文件，文件里写着的就是接口的实现类
                String var1 = "META-INF/services/" + this.service.getName();
                if (this.loader == null) {
                    this.configs = ClassLoader.getSystemResources(var1);
                } else {
                    this.configs = this.loader.getResources(var1);
                }
            } catch (IOException var2) {
                Service.fail(this.service, ": " + var2);
            }
        }

        while(this.pending == null || !this.pending.hasNext()) {
            if (!this.configs.hasMoreElements()) {
                return false;
            }

            this.pending = Service.parse(this.service, (URL)this.configs.nextElement(), this.returned);
        }

        this.nextName = (String)this.pending.next();
        return true;
    }
}

通过阅读源码我们知道：

JDK提供的ServiceLoader工具类会去classpath中META-INF/services/路径下去找以java.sql.Driver命名的文件。
接着从文件中得到标准接口的实现类，并用线程上下文类加载器加载进JVM。

我们进一步思考，为什么要使用线程上下文类加载器？

为什么要设计线程上下文类加载器？

我们知道jdk从1.2开始，使用双亲委派的方式来加载类。

Bootstrap classLoader:主要负责加载核心的类库(java.lang.*等)，构造ExtClassLoader和APPClassLoader。
ExtClassLoader：主要负责加载jre/lib/ext目录下的一些扩展的jar。
AppClassLoader：主要负责加载应用程序的主函数类

我们开发人员编写的类，包括第三方类库，都是由AppClassLoader来进行加载的。
回到上面的SPI设计思路，MySQL提供的驱动类库，就是AppClassLoader类加载器来加载的。

既然如此为什么还要设计上下文类加载器呢？

首先我们要知道，标准接口java.sql.Driver是在核心类库里的，也就是说JDK中的java.sql.Driver是由Bootstrap classLoader(启动类加载器)进行加载的。那么它的实现类，自然也得是Bootstrap classLoader进行加载。那如果Bootstrap classLoader加载不了怎么办？（第三方类库不在核心包路径下，Bootstrap classLoader是无法加载的）

Bootstrap classLoader无法加载怎么办？

按照双亲委派机制，如果上层类加载器加载不了，那就就给下一层的类加载器。

postgres java连接数据库_SPI_04

按照双亲委派的机制，由系统类加载器，加载第三方类库（比如：MySQL驱动），根据规则，最终会交给启动类加载器进行加载。也就符合了SPI接口java.sql.Driver由启动类加载器加载，实现类也得是启动类加载器加载。

这么看来，线程上下文类加载器，设计的不是有点多余吗？

到底哪里理解错了？

真正的原因：
在加载第三方类库时，加载Driver类的实现类时，一开始就不是系统类加载器去加载的，而是直接使用启动类加载器进行加载：

postgres java连接数据库_类加载器_05

如图，一上来就是启动类加载器进行加载，而启动类加载器只加载核心包的类，第三方的类库肯定加载不了。为了解决这个问题，才设计了线程上下文类加载器。

而ServiceLoader工具类，可以理解为就是对线程上下文类加载器进行了封装。
并且我自己理解：线程上下文类加载器，其实也就是一个壳，默认情况下，它会被赋值为系统类加载器。

也就是为什么要破坏双亲委派，引入线程上下文类加载器的原因。

双亲委派的破坏

上面讲的SPI的场景，是第二次破坏双亲委派。
到目前为止，总共有四次破坏了双亲委派。

第一次，历史原因，在jdk1.2开始引入双亲委派机制，那么在此之前如 jdk1.1的时候，存在的自定义的类加载器，它们就不符合双亲委派。而实际上，我们可以继承ClassLoader类，然后重写loadClass方法，也可以打破双亲委派。（打破双亲委派，不一定是坏事）

第二次，SPI，上面已经讲了，引入了线程上下文特意打破双亲委派。

第三次，用户对程序动态性的追求导致的；即：代码热替换、模块热部署。
OSGi实现模块化热部署的关键则是它自定义的类加载器机制的实现。每一个程序模块(Bundle)都有一个自己的类加载器，当需要更换一个Bundle时，就把Bundle连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。在OSGi幻境下，类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构，而是进一步发展为更加复杂的网状结构。

postgres java连接数据库_类加载机制_06

第四次，是JDK9，引入了模块化，当平台及应用程序类加载器收到类加载请求，在委派给父加载器加载前，要先判断该类是否能够归属到某一个系统模块中，如果可以找到这样的归属关系，就要优先委派给负责哪个模块的加载器完成加载。

经过破坏后的双亲委派模型更加高效，减少了很多类加载器之间不必要的委派操作。

练习

最近人民日报，批评国内互联网巨头，不要盯着老百姓的菜篮子，要向往科技创新的星辰大海。但商人逐利，肯定不怎么听话。

假设高层要求，外卖接口以后全国统一，国家实现统一的外卖平台。现有的外卖平台：开水团和饿不死，将作为内容提供方；即：国家制定SPI接口，开水团和饿不死实现这些接口，该怎么实现？

自己模拟的话，就需要有个思路：

模拟服务方定义SPI接口
模式提供方实现SPI的接口
利用工具类ServiceLoader，模拟服务发现。在resources目录下创建META-INF/services创建SPI接口全类限定名的文件，里面存放实现类的全类限定名。

模拟服务方定义接口

package com.ssm.boot.admin.java.spi.waimai.spi;

/**
 * SPI  点外卖
 */
public interface OrderTakeOut {

    void order();
}

模式提供方实现`SPI的接口`

饿不死：

package com.ssm.boot.admin.java.spi.waimai.provider;

import com.ssm.boot.admin.java.spi.waimai.spi.OrderTakeOut;

public class EbsOrder implements OrderTakeOut {
    @Override
    public void order() {
        System.out.println("饿不死下单了");
    }
}

开水团：

package com.ssm.boot.admin.java.spi.waimai.provider;

import com.ssm.boot.admin.java.spi.waimai.spi.OrderTakeOut;

public class WaterOrder implements OrderTakeOut {
    @Override
    public void order() {
        System.out.println("开水团下单了");
    }
}

模拟服务发现

文件存在：

目录显示META-INF.services这是Intellij IDEA显示问题。

postgres java连接数据库_postgres java连接数据库_07

package com.ssm.boot.admin.java.spi.waimai;

import com.ssm.boot.admin.java.spi.waimai.spi.OrderTakeOut;

import java.util.Iterator;
import java.util.ServiceLoader;

public class TakeOutTest {

    public static void main(String[] args) {

        //这里是模拟服务发现
        ServiceLoader<OrderTakeOut> load = ServiceLoader.load(OrderTakeOut.class);
        Iterator<OrderTakeOut> iterator = load.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            OrderTakeOut next = iterator.next();
            next.order();
        }
    }
}

打印的结果：