Question

JDK 的 SPI 思想

SPI，即 Service Provider Interface。在面向对象的设计里面，模块之间推荐基于接口编程，而不是对实现类进行硬编码，这样做也是为了模块设计的可插拔原则。

比较典型的应用，如 JDBC，Java 定义了一套 JDBC 的接口，但是 Java 本身并不提供对 JDBC 的实现类，而是开发者根据项目实际使用的数据库来选择驱动程序 jar 包，比如 mysql，你就将 mysql-jdbc-connector.jar 引入进来；oracle，你就将 oracle-jdbc-connector.jar 引入进来。在系统跑的时候，碰到你使用 jdbc 的接口，他会在底层使用你引入的那个 jar 中提供的实现类。

Dubbo 的 SPI 扩展机制原理

dubbo 自己实现了一套 SPI 机制，并对 JDK 的 SPI 进行了改进。

1. JDK 标准的 SPI 只能通过遍历来查找扩展点和实例化，有可能导致一次性加载所有的扩展点，如果不是所有的扩展点都被用到，就会导致资源的浪费。dubbo 每个扩展点都有多种实现，例如：com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol 接口有 InjvmProtocol、DubboProtocol、RmiProtocol、HttpProtocol、HessianProtocol 等实现，如果只是用到其中一个实现，可是加载了全部的实现，会导致资源的浪费。
2. 对配置文件中扩展实现的格式的修改，例如，META-INF/dubbo/com.xxx.Protocol 里的 com.foo.XxxProtocol 格式 改为了 xxx = com.foo.XxxProtocol 这种以键值对的形式，这样做的目的是为了让我们更容易的定位到问题。比如，由于第三方库不存在，无法初始化，导致无法加载扩展点（“A”），当用户配置使用 A 时，dubbo 就会报无法加载扩展点的错误，而不是报哪些扩展点的实现加载失败以及错误原因，这是因为原来的配置格式没有记录扩展名的 id，导致 dubbo 无法抛出较为精准的异常，这会加大排查问题的难度。所以改成 key-value 的形式来进行配置。
3. dubbo 的 SPI 机制增加了对 IOC、AOP 的支持，一个扩展点可以直接通过 setter 注入到其他扩展点。

下面我们看一下 Dubbo 的 SPI 扩展机制实现的结构目录。

SPI 注解

首先看一下 SPI 注解。在某个接口上加上 @SPI 注解后，表明该接口为可扩展接口。比如，协议扩展接口 Protocol，如果使用者在 <dubbo:protocol />、<dubbo:service />、<dubbo:reference /> 都没有指定 protocol 属性 的话，那么就默认使用 DubboProtocol 作为接口 Protocol 的实现，因为在 Protocol 上有 @SPI("dubbo")注解。而这个 protocol 属性值 或者默认值会被当作该接口的实现类中的一个 key，dubbo 会去 META-INF.dubbo.internal 下的 com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol 文件中找该 key 对应的 value，源码如下。

/**
 * 协议接口
 * Protocol 是服务域，它是 Invoker 暴露和引用的主功能入口，它负责 Invoker 的生命周期管理。
 */
@SPI("dubbo")
public interface Protocol {

    /**
     * Get default port when user doesn't config the port.
     */
    int getDefaultPort();

    /**
     * 暴露远程服务：
     * 1. 协议在接收请求时，应记录请求来源方地址信息：RpcContext.getContext().setRemoteAddress();<br>
     * 2. export() 必须是幂等的，也就是暴露同一个 URL 的 Invoker 两次，和暴露一次没有区别。<br>
     * 3. export() 传入的 Invoker 由框架实现并传入，协议不需要关心。<br>
     *
     * @param <T>     服务的类型
     * @param invoker 服务的执行体
     * @return exporter 暴露服务的引用，用于取消暴露
     * @throws RpcException 当暴露服务出错时抛出，比如端口已占用
     */
    @Adaptive
    <T> Exporter<T> export(Invoker<T> invoker) throws RpcException;

    /**
     * 引用远程服务：<br>
     * 1. 当用户调用 refer() 所返回的 Invoker 对象的 invoke() 方法时，协议需相应执行同 URL 远端 export() 传入的 Invoker 对象的 invoke() 方法。<br>
     * 2. refer() 返回的 Invoker 由协议实现，协议通常需要在此 Invoker 中发送远程请求。<br>
     * 3. 当 url 中有设置 check=false 时，连接失败不能抛出异常，并内部自动恢复。<br>
     *
     * @param <T>  服务的类型
     * @param type 服务的类型
     * @param url  远程服务的URL地址
     * @return invoker 服务的本地代理
     * @throws RpcException 当连接服务提供方失败时抛出
     */
    @Adaptive
    <T> Invoker<T> refer(Class<T> type, URL url) throws RpcException;

    /**
     * 释放协议：<br>
     * 1. 取消该协议所有已经暴露和引用的服务。<br>
     * 2. 释放协议所占用的所有资源，比如连接和端口。<br>
     * 3. 协议在释放后，依然能暴露和引用新的服务。<br>
     */
    void destroy();
}

/**
 * 扩展点接口的标识。
 * 扩展点声明配置文件，格式修改。
 * 以Protocol示例，配置文件META-INF/dubbo/com.xxx.Protocol内容：
 * 由
 *      com.foo.XxxProtocol
 *      com.foo.YyyProtocol
 * 改成使用KV格式
 *      xxx=com.foo.XxxProtocol
 *      yyy=com.foo.YyyProtocol
 *
 * 原因：
 * 当扩展点的static字段或方法签名上引用了三方库，
 * 如果三方库不存在，会导致类初始化失败，
 * Extension标识Dubbo就拿不到了，异常信息就和配置信息对应不起来。
 *
 * 比如:
 * Extension("mina")加载失败，
 * 当用户配置使用mina时，就会报找不到扩展点mina，
 * 而不是报加载扩展点失败，等难以定位具体问题的错误。
 *
 * @author william.liangf
 * @author ding.lid
 * @export
 */
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE})
public @interface SPI {

    /**
     * default extension name
     *
     * 默认拓展名
     */
    String value() default "";
}

// 配置文件 com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol 中的内容
dubbo=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.dubbo.DubboProtocol

value 就是该 Protocol 接口 的实现类 DubboProtocol，这样就做到了 SPI 扩展。

ExtensionLoader

ExtensionLoader 扩展加载器，这是 dubbo 实现 SPI 扩展机制 的核心，几乎所有实现的逻辑都被封装在 ExtensionLoader 中，其源码如下。

/**
 * 拓展加载器，Dubbo使用的扩展点获取
 * <ul>
 *      <li>自动注入关联扩展点。</li>
 *      <li>自动Wrap上扩展点的Wrap类。</li>
 *      <li>缺省获得的的扩展点是一个Adaptive Instance。</li>
 * </ul>
 *
 * 另外，该类同时是 ExtensionLoader 的管理容器，例如 {@link #EXTENSION_INSTANCES} 、{@link #EXTENSION_INSTANCES} 属性。
 */
@SuppressWarnings("deprecation")
public class ExtensionLoader<T> {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ExtensionLoader.class);

    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 static final Pattern NAME_SEPARATOR = Pattern.compile("\\s*[,]+\\s*");

    // ============================== 静态属性 ==============================

    /**
     * 拓展加载器集合
     *
     * key：拓展接口
     */
    private static final ConcurrentMap<Class<?>, ExtensionLoader<?>> EXTENSION_LOADERS = new ConcurrentHashMap<Class<?>, ExtensionLoader<?>>();
    /**
     * 拓展实现类集合
     *
     * key：拓展实现类
     * value：拓展对象。
     *
     * 例如，key 为 Class<AccessLogFilter>
     *      value 为 AccessLogFilter 对象
     */
    private static final ConcurrentMap<Class<?>, Object> EXTENSION_INSTANCES = new ConcurrentHashMap<Class<?>, Object>();

    // ============================== 对象属性 ==============================

    /**
     * 拓展接口。
     * 例如，Protocol
     */
    private final Class<?> type;
    /**
     * 对象工厂
     *
     * 用于调用 {@link #injectExtension(Object)} 方法，向拓展对象注入依赖的属性。
     *
     * 例如，StubProxyFactoryWrapper 中有 `Protocol protocol` 属性。
     */
    private final ExtensionFactory objectFactory;
    /**
     * 缓存的拓展名与拓展类的映射。
     *
     * 和 {@link #cachedClasses} 的 KV 对调。
     *
     * 通过 {@link #loadExtensionClasses} 加载
     */
    private final ConcurrentMap<Class<?>, String> cachedNames = new ConcurrentHashMap<Class<?>, String>();
    /**
     * 缓存的拓展实现类集合。
     *
     * 不包含如下两种类型：
     *  1. 自适应拓展实现类。例如 AdaptiveExtensionFactory
     *  2. 带唯一参数为拓展接口的构造方法的实现类，或者说拓展 Wrapper 实现类。例如，ProtocolFilterWrapper 。
     *       拓展 Wrapper 实现类，会添加到 {@link #cachedWrapperClasses} 中
     *
     * 通过 {@link #loadExtensionClasses} 加载
     */
    private final Holder<Map<String, Class<?>>> cachedClasses = new Holder<Map<String, Class<?>>>();

    /**
     * 拓展名与 @Activate 的映射
     *
     * 例如，AccessLogFilter。
     *
     * 用于 {@link #getActivateExtension(URL, String)}
     */
    private final Map<String, Activate> cachedActivates = new ConcurrentHashMap<String, Activate>();
    /**
     * 缓存的拓展对象集合
     *
     * key：拓展名
     * value：拓展对象
     *
     * 例如，Protocol 拓展
     *          key：dubbo value：DubboProtocol
     *          key：injvm value：InjvmProtocol
     *
     * 通过 {@link #loadExtensionClasses} 加载
     */
    private final ConcurrentMap<String, Holder<Object>> cachedInstances = new ConcurrentHashMap<String, Holder<Object>>();
    /**
     * 缓存的自适应( Adaptive )拓展对象
     */
    private final Holder<Object> cachedAdaptiveInstance = new Holder<Object>();
    /**
     * 缓存的自适应拓展对象的类
     *
     * {@link #getAdaptiveExtensionClass()}
     */
    private volatile Class<?> cachedAdaptiveClass = null;
    /**
     * 缓存的默认拓展名
     *
     * 通过 {@link SPI} 注解获得
     */
    private String cachedDefaultName;
    /**
     * 创建 {@link #cachedAdaptiveInstance} 时发生的异常。
     *
     * 发生异常后，不再创建，参见 {@link #createAdaptiveExtension()}
     */
    private volatile Throwable createAdaptiveInstanceError;

    /**
     * 拓展 Wrapper 实现类集合
     *
     * 带唯一参数为拓展接口的构造方法的实现类
     *
     * 通过 {@link #loadExtensionClasses} 加载
     */
    private Set<Class<?>> cachedWrapperClasses;

    /**
     * 拓展名 与 加载对应拓展类发生的异常 的 映射
     *
     * key：拓展名
     * value：异常
     *
     * 在 {@link #loadFile(Map, String)} 时，记录
     */
    private Map<String, IllegalStateException> exceptions = new ConcurrentHashMap<String, IllegalStateException>();

    private ExtensionLoader(Class<?> type) {
        this.type = type;
        objectFactory = (type == ExtensionFactory.class ? null : ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension());
    }

    /**
     * 是否包含 @SPI 注解
     *
     * @param type 类
     * @param <T> 泛型
     * @return 是否包含
     */
    private static <T> boolean withExtensionAnnotation(Class<T> type) {
        return type.isAnnotationPresent(SPI.class);
    }

    /**
     * 根据拓展点的接口，获得拓展加载器
     *
     * @param type 接口
     * @param <T> 泛型
     * @return 加载器
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> ExtensionLoader<T> getExtensionLoader(Class<T> type) {
        if (type == null)
            throw new IllegalArgumentException("Extension type == null");
        // 必须是接口
        if (!type.isInterface()) {
            throw new IllegalArgumentException("Extension type(" + type + ") is not interface!");
        }
        // 必须包含 @SPI 注解
        if (!withExtensionAnnotation(type)) {
            throw new IllegalArgumentException("Extension type(" + type +
                    ") is not extension, because WITHOUT @" + SPI.class.getSimpleName() + " Annotation!");
        }

        // 获得接口对应的拓展点加载器
        ExtensionLoader<T> loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
        if (loader == null) {
            EXTENSION_LOADERS.putIfAbsent(type, new ExtensionLoader<T>(type));
            loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
        }
        return loader;
    }

    private static ClassLoader findClassLoader() {
        return ExtensionLoader.class.getClassLoader();
    }

    public String getExtensionName(T extensionInstance) {
        return getExtensionName(extensionInstance.getClass());
    }

    public String getExtensionName(Class<?> extensionClass) {
        return cachedNames.get(extensionClass);
    }

    public List<T> getActivateExtension(URL url, String key) {
        return getActivateExtension(url, key, null);
    }

    public List<T> getActivateExtension(URL url, String[] values) {
        return getActivateExtension(url, values, null);
    }

    /**
     * 获得符合自动激活条件的拓展对象数组
     */
    public List<T> getActivateExtension(URL url, String key, String group) {
        // 从 Dubbo URL 获得参数值
        String value = url.getParameter(key);
        // 获得符合自动激活条件的拓展对象数组
        return getActivateExtension(url, value == null || value.length() == 0 ? null : Constants.COMMA_SPLIT_PATTERN.split(value), group);
    }

    /**
     * 获得符合自动激活条件的拓展对象数组
     */
    public List<T> getActivateExtension(URL url, String[] values, String group) {
        List<T> exts = new ArrayList<T>();
        List<String> names = values == null ? new ArrayList<String>(0) : Arrays.asList(values);
        // 处理自动激活的拓展对象们
        // 判断不存在配置 `"-name"` 。例如，<dubbo:service filter="-default" /> ，代表移除所有默认过滤器。
        if (!names.contains(Constants.REMOVE_VALUE_PREFIX + Constants.DEFAULT_KEY)) {
            // 获得拓展实现类数组
            getExtensionClasses();
            // 循环
            for (Map.Entry<String, Activate> entry : cachedActivates.entrySet()) {
                String name = entry.getKey();
                Activate activate = entry.getValue();
                if (isMatchGroup(group, activate.group())) { // 匹配分组
                    // 获得拓展对象
                    T ext = getExtension(name);
                    if (!names.contains(name) // 不包含在自定义配置里。如果包含，会在下面的代码处理。
                            && !names.contains(Constants.REMOVE_VALUE_PREFIX + name) // 判断是否配置移除。例如 <dubbo:service filter="-monitor" />，则 MonitorFilter 会被移除
                            && isActive(activate, url)) { // 判断是否激活
                        exts.add(ext);
                    }
                }
            }
            // 排序
            Collections.sort(exts, ActivateComparator.COMPARATOR);
        }
        // 处理自定义配置的拓展对象们。例如在 <dubbo:service filter="demo" /> ，代表需要加入 DemoFilter （这个是笔者自定义的）。
        List<T> usrs = new ArrayList<T>();
        for (int i = 0; i < names.size(); i++) {
            String name = names.get(i);
            if (!name.startsWith(Constants.REMOVE_VALUE_PREFIX) && !names.contains(Constants.REMOVE_VALUE_PREFIX + name)) { // 判断非移除的
                // 将配置的自定义在自动激活的拓展对象们前面。例如，<dubbo:service filter="demo,default,demo2" /> ，则 DemoFilter 就会放在默认的过滤器前面。
                if (Constants.DEFAULT_KEY.equals(name)) {
                    if (!usrs.isEmpty()) {
                        exts.addAll(0, usrs);
                        usrs.clear();
                    }
                } else {
                    // 获得拓展对象
                    T ext = getExtension(name);
                    usrs.add(ext);
                }
            }
        }
        // 添加到结果集
        if (!usrs.isEmpty()) {
            exts.addAll(usrs);
        }
        return exts;
    }

    /**
     * 匹配分组
     *
     * @param group 过滤的分组条件。若为空，无需过滤
     * @param groups 配置的分组
     * @return 是否匹配
     */
    private boolean isMatchGroup(String group, String[] groups) {
        // 为空，无需过滤
        if (group == null || group.length() == 0) {
            return true;
        }
        // 匹配
        if (groups != null && groups.length > 0) {
            for (String g : groups) {
                if (group.equals(g)) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    /**
     * 是否激活，通过 Dubbo URL 中是否存在参数名为 `@Activate.value` ，并且参数值非空。
     *
     * @param activate 自动激活注解
     * @param url Dubbo URL
     * @return 是否
     */
    private boolean isActive(Activate activate, URL url) {
        String[] keys = activate.value();
        if (keys.length == 0) {
            return true;
        }
        for (String key : keys) {
            for (Map.Entry<String, String> entry : url.getParameters().entrySet()) {
                String k = entry.getKey();
                String v = entry.getValue();
                if ((k.equals(key) || k.endsWith("." + key))
                        && ConfigUtils.isNotEmpty(v)) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    /**
     * 返回扩展点实例，如果没有指定的扩展点或是还没加载（即实例化）则返回<code>null</code>。
     * 注意：此方法不会触发扩展点的加载。
     * 一般应该调用{@link #getExtension(String)}方法获得扩展，这个方法会触发扩展点加载。
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public T getLoadedExtension(String name) {
        if (name == null || name.length() == 0)
            throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
        Holder<Object> holder = cachedInstances.get(name);
        if (holder == null) {
            cachedInstances.putIfAbsent(name, new Holder<Object>());
            holder = cachedInstances.get(name);
        }
        return (T) holder.get();
    }

    /**
     * 返回已经加载的扩展点的名字。
     * 一般应该调用 getSupportedExtensions() 方法获得扩展，这个方法会返回所有的扩展点。
     */
    public Set<String> getLoadedExtensions() {
        return Collections.unmodifiableSet(new TreeSet<String>(cachedInstances.keySet()));
    }

    /**
     * 返回指定名字的扩展对象。如果指定名字的扩展不存在，则抛异常 {@link IllegalStateException}.
     *
     * @param name 拓展名
     * @return 拓展对象
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public T getExtension(String name) {
        if (name == null || name.length() == 0)
            throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
        // 查找 默认的 拓展对象
        if ("true".equals(name)) {
            return getDefaultExtension();
        }
        // 从 缓存中 获得对应的拓展对象
        Holder<Object> holder = cachedInstances.get(name);
        if (holder == null) {
            cachedInstances.putIfAbsent(name, new Holder<Object>());
            holder = cachedInstances.get(name);
        }
        Object instance = holder.get();
        if (instance == null) {
            synchronized (holder) {
                instance = holder.get();
                // 从 缓存中 未获取到，进行创建缓存对象。
                if (instance == null) {
                    instance = createExtension(name);
                    // 设置创建对象到缓存中
                    holder.set(instance);
                }
            }
        }
        return (T) instance;
    }

    /**
     * 返回缺省的扩展，如果没有设置则返回<code>null</code>。
     */
    public T getDefaultExtension() {
        getExtensionClasses();
        // 如果为 true ，不能继续调用 `#getExtension(true)` 方法，会形成死循环。
        if (null == cachedDefaultName || cachedDefaultName.length() == 0
                || "true".equals(cachedDefaultName)) {
            return null;
        }
        return getExtension(cachedDefaultName);
    }

    public boolean hasExtension(String name) {
        if (name == null || name.length() == 0)
            throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
        try {
            return getExtensionClass(name) != null;
        } catch (Throwable t) {
            return false;
        }
    }

    public Set<String> getSupportedExtensions() {
        Map<String, Class<?>> clazzes = getExtensionClasses();
        return Collections.unmodifiableSet(new TreeSet<String>(clazzes.keySet()));
    }

    /**
     * 返回缺省的扩展点名，如果没有设置缺省则返回<code>null</code>。
     */
    public String getDefaultExtensionName() {
        getExtensionClasses();
        return cachedDefaultName;
    }

    /**
     * 编程方式添加新扩展点。
     *
     * @param name  扩展点名
     * @param clazz 扩展点类
     * @throws IllegalStateException 要添加扩展点名已经存在。
     */
    public void addExtension(String name, Class<?> clazz) {
        getExtensionClasses(); // load classes

        if (!type.isAssignableFrom(clazz)) {
            throw new IllegalStateException("Input type " +
                    clazz + "not implement Extension " + type);
        }
        if (clazz.isInterface()) {
            throw new IllegalStateException("Input type " +
                    clazz + "can not be interface!");
        }

        if (!clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
            if (StringUtils.isBlank(name)) {
                throw new IllegalStateException("Extension name is blank (Extension " + type + ")!");
            }
            if (cachedClasses.get().containsKey(name)) {
                throw new IllegalStateException("Extension name " +
                        name + " already existed(Extension " + type + ")!");
            }

            cachedNames.put(clazz, name);
            cachedClasses.get().put(name, clazz);
        } else {
            if (cachedAdaptiveClass != null) {
                throw new IllegalStateException("Adaptive Extension already existed(Extension " + type + ")!");
            }

            cachedAdaptiveClass = clazz;
        }
    }

    /**
     * 编程方式添加替换已有扩展点。
     *
     * @param name  扩展点名
     * @param clazz 扩展点类
     * @throws IllegalStateException 要添加扩展点名已经存在。
     * @deprecated 不推荐应用使用，一般只在测试时可以使用
     */
    @Deprecated
    public void replaceExtension(String name, Class<?> clazz) {
        getExtensionClasses(); // load classes

        if (!type.isAssignableFrom(clazz)) {
            throw new IllegalStateException("Input type " +
                    clazz + "not implement Extension " + type);
        }
        if (clazz.isInterface()) {
            throw new IllegalStateException("Input type " +
                    clazz + "can not be interface!");
        }

        if (!clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
            if (StringUtils.isBlank(name)) {
                throw new IllegalStateException("Extension name is blank (Extension " + type + ")!");
            }
            if (!cachedClasses.get().containsKey(name)) {
                throw new IllegalStateException("Extension name " +
                        name + " not existed(Extension " + type + ")!");
            }

            cachedNames.put(clazz, name);
            cachedClasses.get().put(name, clazz);
            cachedInstances.remove(name);
        } else {
            if (cachedAdaptiveClass == null) {
                throw new IllegalStateException("Adaptive Extension not existed(Extension " + type + ")!");
            }

            cachedAdaptiveClass = clazz;
            cachedAdaptiveInstance.set(null);
        }
    }

    /**
     * 获得自适应拓展对象
     *
     * @return 拓展对象
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public T getAdaptiveExtension() {
        // 从缓存中，获得自适应拓展对象
        Object instance = cachedAdaptiveInstance.get();
        if (instance == null) {
            // 若之前未创建报错，
            if (createAdaptiveInstanceError == null) {
                synchronized (cachedAdaptiveInstance) {
                    instance = cachedAdaptiveInstance.get();
                    if (instance == null) {
                        try {
                            // 创建自适应拓展对象
                            instance = createAdaptiveExtension();
                            // 设置到缓存
                            cachedAdaptiveInstance.set(instance);
                        } catch (Throwable t) {
                            // 记录异常
                            createAdaptiveInstanceError = t;
                            throw new IllegalStateException("fail to create adaptive instance: " + t.toString(), t);
                        }
                    }
                }
            // 若之前创建报错，则抛出异常 IllegalStateException
            } else {
                throw new IllegalStateException("fail to create adaptive instance: " + createAdaptiveInstanceError.toString(), createAdaptiveInstanceError);
            }
        }
        return (T) instance;
    }

    /**
     * 获得拓展名不存在时的异常
     *
     * @param name 拓展名
     * @return 异常
     */
    private IllegalStateException findException(String name) {
        // 在 `#loadFile(...)` 方法中，加载时，发生异常
        for (Map.Entry<String, IllegalStateException> entry : exceptions.entrySet()) {
            if (entry.getKey().toLowerCase().contains(name.toLowerCase())) {
                return entry.getValue();
            }
        }
        // 生成不存在该拓展类实现的异常。
        StringBuilder buf = new StringBuilder("No such extension " + type.getName() + " by name " + name);
        int i = 1;
        for (Map.Entry<String, IllegalStateException> entry : exceptions.entrySet()) {
            if (i == 1) {
                buf.append(", possible causes: ");
            }
            buf.append("\r\n(");
            buf.append(i++);
            buf.append(") ");
            buf.append(entry.getKey());
            buf.append(":\r\n");
            buf.append(StringUtils.toString(entry.getValue()));
        }
        return new IllegalStateException(buf.toString());
    }

    /**
     * 创建拓展名的拓展对象，并缓存。
     *
     * @param name 拓展名
     * @return 拓展对象
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private T createExtension(String name) {
        // 获得拓展名对应的拓展实现类
        Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);
        if (clazz == null) {
            throw findException(name); // 抛出异常
        }
        try {
            // 从缓存中，获得拓展对象。
            T instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
            if (instance == null) {
                // 当缓存不存在时，创建拓展对象，并添加到缓存中。
                EXTENSION_INSTANCES.putIfAbsent(clazz, clazz.newInstance());
                instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
            }
            // 注入依赖的属性
            injectExtension(instance);
            // 创建 Wrapper 拓展对象
            Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
            if (wrapperClasses != null && !wrapperClasses.isEmpty()) {
                for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
                    instance = injectExtension((T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
                }
            }
            return instance;
        } catch (Throwable t) {
            throw new IllegalStateException("Extension instance(name: " + name + ", class: " +
                    type + ")  could not be instantiated: " + t.getMessage(), t);
        }
    }

    /**
     * 注入依赖的属性
     *
     * @param instance 拓展对象
     * @return 拓展对象
     */
    private T injectExtension(T instance) {
        try {
            if (objectFactory != null) {
                for (Method method : instance.getClass().getMethods()) {
                    if (method.getName().startsWith("set")
                            && method.getParameterTypes().length == 1
                            && Modifier.isPublic(method.getModifiers())) { // setting && public 方法
                        // 获得属性的类型
                        Class<?> pt = method.getParameterTypes()[0];
                        try {
                            // 获得属性
                            String property = method.getName().length() > 3 ? method.getName().substring(3, 4).toLowerCase() + method.getName().substring(4) : "";
                            // 获得属性值
                            Object object = objectFactory.getExtension(pt, property);
                            // 设置属性值
                            if (object != null) {
                                method.invoke(instance, object);
                            }
                        } catch (Exception e) {
                            logger.error("fail to inject via method " + method.getName()
                                    + " of interface " + type.getName() + ": " + e.getMessage(), e);
                        }
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            logger.error(e.getMessage(), e);
        }
        return instance;
    }

    private Class<?> getExtensionClass(String name) {
        if (type == null)
            throw new IllegalArgumentException("Extension type == null");
        if (name == null)
            throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
        // 获得拓展实现类
        Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);
        if (clazz == null)
            throw new IllegalStateException("No such extension \"" + name + "\" for " + type.getName() + "!");
        return clazz;
    }

    /**
     * 获得拓展实现类数组
     *
     * @return 拓展实现类数组
     */
    private Map<String, Class<?>> getExtensionClasses() {
        // 从缓存中，获得拓展实现类数组
        Map<String, Class<?>> classes = cachedClasses.get();
        if (classes == null) {
            synchronized (cachedClasses) {
                classes = cachedClasses.get();
                if (classes == null) {
                    // 从配置文件中，加载拓展实现类数组
                    classes = loadExtensionClasses();
                    // 设置到缓存中
                    cachedClasses.set(classes);
                }
            }
        }
        return classes;
    }

    /**
     * 加载拓展实现类数组
     *
     * @return 拓展实现类数组
     */
    private Map<String, Class<?>> loadExtensionClasses() {
        // 通过 @SPI 注解，获得默认的拓展实现类名
        final SPI defaultAnnotation = type.getAnnotation(SPI.class);
        if (defaultAnnotation != null) {
            String value = defaultAnnotation.value();
            if ((value = value.trim()).length() > 0) {
                String[] names = NAME_SEPARATOR.split(value);
                if (names.length > 1) {
                    throw new IllegalStateException("more than 1 default extension name on extension " + type.getName()
                            + ": " + Arrays.toString(names));
                }
                if (names.length == 1) cachedDefaultName = names[0];
            }
        }

        // 从配置文件中，加载拓展实现类数组
        Map<String, Class<?>> extensionClasses = new HashMap<String, Class<?>>();
        loadFile(extensionClasses, DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY);
        loadFile(extensionClasses, DUBBO_DIRECTORY);
        loadFile(extensionClasses, SERVICES_DIRECTORY);
        return extensionClasses;
    }

    /**
     * 从一个配置文件中，加载拓展实现类数组。
     *
     * @param extensionClasses 拓展类名数组
     * @param dir 文件名
     */
    private void loadFile(Map<String, Class<?>> extensionClasses, String dir) {
        // 完整的文件名
        String fileName = dir + type.getName();
        try {
            Enumeration<java.net.URL> urls;
            // 获得文件名对应的所有文件数组
            ClassLoader classLoader = findClassLoader();
            if (classLoader != null) {
                urls = classLoader.getResources(fileName);
            } else {
                urls = ClassLoader.getSystemResources(fileName);
            }
            // 遍历文件数组
            if (urls != null) {
                while (urls.hasMoreElements()) {
                    java.net.URL url = urls.nextElement();
                    try {
                        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(url.openStream(), "utf-8"));
                        try {
                            String line;
                            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                                // 跳过当前被注释掉的情况，例如 #spring=xxxxxxxxx
                                final int ci = line.indexOf('#');
                                if (ci >= 0) line = line.substring(0, ci);
                                line = line.trim();
                                if (line.length() > 0) {
                                    try {
                                        // 拆分，key=value 的配置格式
                                        String name = null;
                                        int i = line.indexOf('=');
                                        if (i > 0) {
                                            name = line.substring(0, i).trim();
                                            line = line.substring(i + 1).trim();
                                        }
                                        if (line.length() > 0) {
                                            // 判断拓展实现，是否实现拓展接口
                                            Class<?> clazz = Class.forName(line, true, classLoader);
                                            if (!type.isAssignableFrom(clazz)) {
                                                throw new IllegalStateException("Error when load extension class(interface: " +
                                                        type + ", class line: " + clazz.getName() + "), class "
                                                        + clazz.getName() + "is not subtype of interface.");
                                            }
                                            // 缓存自适应拓展对象的类到 `cachedAdaptiveClass`
                                            if (clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
                                                if (cachedAdaptiveClass == null) {
                                                    cachedAdaptiveClass = clazz;
                                                } else if (!cachedAdaptiveClass.equals(clazz)) {
                                                    throw new IllegalStateException("More than 1 adaptive class found: "
                                                            + cachedAdaptiveClass.getClass().getName()
                                                            + ", " + clazz.getClass().getName());
                                                }
                                            } else {
                                                // 缓存拓展 Wrapper 实现类到 `cachedWrapperClasses`
                                                try {
                                                    clazz.getConstructor(type);
                                                    Set<Class<?>> wrappers = cachedWrapperClasses;
                                                    if (wrappers == null) {
                                                        cachedWrapperClasses = new ConcurrentHashSet<Class<?>>();
                                                        wrappers = cachedWrapperClasses;
                                                    }
                                                    wrappers.add(clazz);
                                                // 缓存拓展实现类到 `extensionClasses`
                                                } catch (NoSuchMethodException e) {
                                                    clazz.getConstructor();
                                                    // 未配置拓展名，自动生成。例如，DemoFilter 为 demo 。主要用于兼容 Java SPI 的配置。
                                                    if (name == null || name.length() == 0) {
                                                        name = findAnnotationName(clazz);
                                                        if (name == null || name.length() == 0) {
                                                            if (clazz.getSimpleName().length() > type.getSimpleName().length()
                                                                    && clazz.getSimpleName().endsWith(type.getSimpleName())) {
                                                                name = clazz.getSimpleName().substring(0, clazz.getSimpleName().length() - type.getSimpleName().length()).toLowerCase();
                                                            } else {
                                                                throw new IllegalStateException("No such extension name for the class " + clazz.getName() + " in the config " + url);
                                                            }
                                                        }
                                                    }
                                                    // 获得拓展名，可以是数组，有多个拓展名。
                                                    String[] names = NAME_SEPARATOR.split(name);
                                                    if (names != null && names.length > 0) {
                                                        // 缓存 @Activate 到 `cachedActivates` 。
                                                        Activate activate = clazz.getAnnotation(Activate.class);
                                                        if (activate != null) {
                                                            cachedActivates.put(names[0], activate);
                                                        }
                                                        for (String n : names) {
                                                            // 缓存到 `cachedNames`
                                                            if (!cachedNames.containsKey(clazz)) {
                                                                cachedNames.put(clazz, n);
                                                            }
                                                            // 缓存拓展实现类到 `extensionClasses`
                                                            Class<?> c = extensionClasses.get(n);
                                                            if (c == null) {
                                                                extensionClasses.put(n, clazz);
                                                            } else if (c != clazz) {
                                                                throw new IllegalStateException("Duplicate extension " + type.getName() + " name " + n + " on " + c.getName() + " and " + clazz.getName());
                                                            }
                                                        }
                                                    }
                                                }
                                            }
                                        }
                                    } catch (Throwable t) {
                                        // 发生异常，记录到异常集合
                                        IllegalStateException e = new IllegalStateException("Failed to load extension class(interface: " + type + ", class line: " + line + ") in " + url + ", cause: " + t.getMessage(), t);
                                        exceptions.put(line, e);
                                    }
                                }
                            } // end of while read lines
                        } finally {
                            reader.close();
                        }
                    } catch (Throwable t) {
                        logger.error("Exception when load extension class(interface: " +
                                type + ", class file: " + url + ") in " + url, t);
                    }
                } // end of while urls
            }
        } catch (Throwable t) {
            logger.error("Exception when load extension class(interface: " +
                    type + ", description file: " + fileName + ").", t);
        }
    }

    @SuppressWarnings("deprecation")
    private String findAnnotationName(Class<?> clazz) {
        com.alibaba.dubbo.common.Extension extension = clazz.getAnnotation(com.alibaba.dubbo.common.Extension.class);
        if (extension == null) {
            String name = clazz.getSimpleName();
            if (name.endsWith(type.getSimpleName())) {
                name = name.substring(0, name.length() - type.getSimpleName().length());
            }
            return name.toLowerCase();
        }
        return extension.value();
    }

    /**
     * 创建自适应拓展对象
     *
     * @return 拓展对象
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private T createAdaptiveExtension() {
        try {
            return injectExtension((T) getAdaptiveExtensionClass().newInstance());
        } catch (Exception e) {
            throw new IllegalStateException("Can not create adaptive extension " + type + ", cause: " + e.getMessage(), e);
        }
    }

    /**
     * @return 自适应拓展类
     */
    private Class<?> getAdaptiveExtensionClass() {
        getExtensionClasses();
        if (cachedAdaptiveClass != null) {
            return cachedAdaptiveClass;
        }
        return cachedAdaptiveClass = createAdaptiveExtensionClass();
    }

    /**
     * 自动生成自适应拓展的代码实现，并编译后返回该类。
     *
     * @return 类
     */
    private Class<?> createAdaptiveExtensionClass() {
        // 自动生成自适应拓展的代码实现的字符串
        String code = createAdaptiveExtensionClassCode();
        // 编译代码，并返回该类
        ClassLoader classLoader = findClassLoader();
        com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler compiler = ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler.class).getAdaptiveExtension();
        return compiler.compile(code, classLoader);
    }

    /**
     * 自动生成自适应拓展的代码实现的字符串
     *
     * @return 代码字符串
     */
    private String createAdaptiveExtensionClassCode() {
        StringBuilder codeBuidler = new StringBuilder();
        // 遍历方法数组，判断有 @Adaptive 注解
        Method[] methods = type.getMethods();
        boolean hasAdaptiveAnnotation = false;
        for (Method m : methods) {
            if (m.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
                hasAdaptiveAnnotation = true;
                break;
            }
        }
        // no need to generate adaptive class since there's no adaptive method found.
        // 完全没有Adaptive方法，则不需要生成Adaptive类
        if (!hasAdaptiveAnnotation)
            throw new IllegalStateException("No adaptive method on extension " + type.getName() + ", refuse to create the adaptive class!");

        // 生成代码：package 和 import
        codeBuidler.append("package " + type.getPackage().getName() + ";");
        codeBuidler.append("\nimport " + ExtensionLoader.class.getName() + ";");
        // 生成代码：类名
        codeBuidler.append("\npublic class " + type.getSimpleName() + "$Adaptive" + " implements " + type.getCanonicalName() + " {");

        // 循环方法
        for (Method method : methods) {
            Class<?> rt = method.getReturnType(); // 返回类型
            Class<?>[] pts = method.getParameterTypes(); // 参数类型数组
            Class<?>[] ets = method.getExceptionTypes(); // 异常类型数组

            Adaptive adaptiveAnnotation = method.getAnnotation(Adaptive.class);
            StringBuilder code = new StringBuilder(512); // 方法体的代码
            // 非 @Adaptive 注解，生成代码：生成的方法为直接抛出异常。因为，非自适应的接口不应该被调用。
            if (adaptiveAnnotation == null) {
                code.append("throw new UnsupportedOperationException(\"method ")
                        .append(method.toString()).append(" of interface ")
                        .append(type.getName()).append(" is not adaptive method!\");");
            // @Adaptive 注解，生成方法体的代码
            } else {
                // 寻找 Dubbo URL 参数的位置
                int urlTypeIndex = -1;
                for (int i = 0; i < pts.length; ++i) {
                    if (pts[i].equals(URL.class)) {
                        urlTypeIndex = i;
                        break;
                    }
                }
                // found parameter in URL type
                // 有类型为URL的参数，生成代码：生成校验 URL 非空的代码
                if (urlTypeIndex != -1) {
                    // Null Point check
                    String s = String.format("\nif (arg%d == null) throw new IllegalArgumentException(\"url == null\");",
                            urlTypeIndex);
                    code.append(s);

                    s = String.format("\n%s url = arg%d;", URL.class.getName(), urlTypeIndex);
                    code.append(s);
                }
                // did not find parameter in URL type
                // 参数没有URL类型
                else {
                    String attribMethod = null;

                    // find URL getter method
                    // 找到参数的URL属性 。例如，Invoker 有 `#getURL()` 方法。
                    LBL_PTS:
                    for (int i = 0; i < pts.length; ++i) {
                        Method[] ms = pts[i].getMethods();
                        for (Method m : ms) {
                            String name = m.getName();
                            if ((name.startsWith("get") || name.length() > 3)
                                    && Modifier.isPublic(m.getModifiers())
                                    && !Modifier.isStatic(m.getModifiers())
                                    && m.getParameterTypes().length == 0
                                    && m.getReturnType() == URL.class) { // pubic && getting 方法
                                urlTypeIndex = i;
                                attribMethod = name;
                                break LBL_PTS;
                            }
                        }
                    }
                    // 未找到，抛出异常。
                    if (attribMethod == null) {
                        throw new IllegalStateException("fail to create adaptive class for interface " + type.getName()
                                + ": not found url parameter or url attribute in parameters of method " + method.getName());
                    }

                    // 生成代码：校验 URL 非空
                    // Null point check
                    String s = String.format("\nif (arg%d == null) throw new IllegalArgumentException(\"%s argument == null\");",
                            urlTypeIndex, pts[urlTypeIndex].getName());
                    code.append(s);
                    s = String.format("\nif (arg%d.%s() == null) throw new IllegalArgumentException(\"%s argument %s() == null\");",
                            urlTypeIndex, attribMethod, pts[urlTypeIndex].getName(), attribMethod);
                    code.append(s);

                    // 生成 `URL url = arg%d.%s();` 的代码
                    s = String.format("%s url = arg%d.%s();", URL.class.getName(), urlTypeIndex, attribMethod);
                    code.append(s);
                }

                String[] value = adaptiveAnnotation.value();
                // value is not set, use the value generated from class name as the key
                // 没有设置Key，则使用“扩展点接口名的点分隔 作为Key
                if (value.length == 0) {
                    char[] charArray = type.getSimpleName().toCharArray();
                    StringBuilder sb = new StringBuilder(128);
                    for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
                        if (Character.isUpperCase(charArray[i])) {
                            if (i != 0) {
                                sb.append(".");
                            }
                            sb.append(Character.toLowerCase(charArray[i]));
                        } else {
                            sb.append(charArray[i]);
                        }
                    }
                    value = new String[]{sb.toString()};
                }

                // 判断是否有 Invocation 参数
                boolean hasInvocation = false;
                for (int i = 0; i < pts.length; ++i) {
                    if (pts[i].getName().equals("com.alibaba.dubbo.rpc.Invocation")) {
                        // 生成代码：校验 Invocation 非空
                        // Null Point check
                        String s = String.format("\nif (arg%d == null) throw new IllegalArgumentException(\"invocation == null\");", i);
                        code.append(s);

                        // 生成代码：获得方法名
                        s = String.format("\nString methodName = arg%d.getMethodName();", i);
                        code.append(s);

                        // 标记有 Invocation 参数
                        hasInvocation = true;
                        break;
                    }
                }

                // 默认拓展名
                String defaultExtName = cachedDefaultName;
                // 获得最终拓展名的代码字符串，例如：
                // 【简单】1. url.getParameter("proxy", "javassist")
                // 【复杂】2. url.getParameter(key1, url.getParameter(key2, defaultExtName))
                String getNameCode = null;
                for (int i = value.length - 1; i >= 0; --i) { // 倒序的原因，因为是顺序获取参数，参见【复杂】2. 的例子
                    if (i == value.length - 1) {
                        if (null != defaultExtName) {
                            if (!"protocol".equals(value[i]))
                                if (hasInvocation) // 当【有】 Invocation 参数时，使用 `URL#getMethodParameter()` 方法。
                                    getNameCode = String.format("url.getMethodParameter(methodName, \"%s\", \"%s\")", value[i], defaultExtName);
                                else // 当【非】 Invocation 参数时，使用 `URL#getParameter()` 方法。
                                    getNameCode = String.format("url.getParameter(\"%s\", \"%s\")", value[i], defaultExtName);
                            else // 当属性名是 "protocol" ，使用 `URL#getProtocl()` 方法获取。
                                getNameCode = String.format("( url.getProtocol() == null ? \"%s\" : url.getProtocol() )", defaultExtName);
                        } else {
                            if (!"protocol".equals(value[i]))
                                if (hasInvocation)
                                    getNameCode = String.format("url.getMethodParameter(methodName, \"%s\", \"%s\")", value[i], defaultExtName); // 此处的 defaultExtName ，可以去掉的。
                                else
                                    getNameCode = String.format("url.getParameter(\"%s\")", value[i]);
                            else
                                getNameCode = "url.getProtocol()";
                        }
                    } else {
                        if (!"protocol".equals(value[i]))
                            if (hasInvocation)
                                getNameCode = String.format("url.getMethodParameter(methodName, \"%s\", \"%s\")", value[i], defaultExtName);
                            else
                                getNameCode = String.format("url.getParameter(\"%s\", %s)", value[i], getNameCode);
                        else
                            getNameCode = String.format("url.getProtocol() == null ? (%s) : url.getProtocol()", getNameCode);
                    }
                }

                // 生成代码：获取参数的代码。例如：String extName = url.getParameter("proxy", "javassist");
                code.append("\nString extName = ").append(getNameCode).append(";");
                // check extName == null?
                String s = String.format("\nif(extName == null) " +
                                "throw new IllegalStateException(\"Fail to get extension(%s) name from url(\" + url.toString() + \") use keys(%s)\");",
                        type.getName(), Arrays.toString(value));
                code.append(s);

                // 生成代码：拓展对象，调用方法。例如
                // `com.alibaba.dubbo.rpc.ProxyFactory extension = (com.alibaba.dubbo.rpc.ProxyFactory) ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.rpc.ProxyFactory.class)
                //                                                                                                           .getExtension(extName);` 。
                s = String.format("\n%s extension = (%<s)%s.getExtensionLoader(%s.class).getExtension(extName);",
                        type.getName(), ExtensionLoader.class.getSimpleName(), type.getName());
                code.append(s);

                // return statement
                if (!rt.equals(void.class)) {
                    code.append("\nreturn ");
                }

                s = String.format("extension.%s(", method.getName());
                code.append(s);
                for (int i = 0; i < pts.length; i++) {
                    if (i != 0)
                        code.append(", ");
                    code.append("arg").append(i);
                }
                code.append(");");
            }

            // 生成方法
            codeBuidler.append("\npublic " + rt.getCanonicalName() + " " + method.getName() + "(");
            for (int i = 0; i < pts.length; i++) {
                if (i > 0) {
                    codeBuidler.append(", ");
                }
                codeBuidler.append(pts[i].getCanonicalName());
                codeBuidler.append(" ");
                codeBuidler.append("arg" + i);
            }
            codeBuidler.append(")");
            if (ets.length > 0) {
                codeBuidler.append(" throws ");  // 异常
                for (int i = 0; i < ets.length; i++) {
                    if (i > 0) {
                        codeBuidler.append(", ");
                    }
                    codeBuidler.append(ets[i].getCanonicalName());
                }
            }
            codeBuidler.append(" {");
            codeBuidler.append(code.toString());
            codeBuidler.append("\n}");
        }

        // 生成类末尾的 `}`
        codeBuidler.append("\n}");

        // 调试，打印生成的代码
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug(codeBuidler.toString());
        }
        return codeBuidler.toString();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.getClass().getName() + "[" + type.getName() + "]";
    }
}