Java 互联网地址解析 SPI 详解

1. 引言

本文将深入探讨 Java 的 JEP 418，它为互联网主机和地址解析建立了一个全新的服务提供者接口 (SPI) 机制。这个改进让开发者能够灵活替换默认的地址解析实现，满足更复杂的网络编程需求。

2. 互联网地址解析基础

任何连接到计算机网络的设备都会被分配一个数值标识，即 IP (互联网协议) 地址。 IP 地址用于在网络中唯一标识设备，并负责数据包的路由传输。

IP 地址主要分两类：

IPv4：第四代 IP 标准，32 位地址
IPv6：新一代 IP 标准，地址空间更大，包含十六进制字符

此外，网络设备（如以太网端口或网络接口卡 (NIC)）还有 MAC (媒体访问控制) 地址。这些地址全球唯一分配，所有网络接口设备都能通过 MAC 地址被唯一识别。

互联网地址解析本质上是将高层网络地址（如域名 baeldung.com 或 URL https://www.baeldung.com）转换为底层网络地址（如 IP 地址或 MAC 地址）的过程。

3. Java 中的地址解析机制

Java 通过 java.net.InetAddress API 提供多种地址解析方式。该 API 内部依赖操作系统的原生解析器进行 DNS 查询。

当前 InetAddress 使用的操作系统原生解析流程包含多个步骤：

系统级 DNS 缓存：存储常用查询记录
缓存未命中时，通过系统解析器配置获取 DNS 服务器信息
向配置的 DNS 服务器发起查询（可能递归多次）
查询成功时在各层级缓存结果并返回客户端
查询失败时触发迭代查询：
- 向根服务器请求权威域名服务器 (ANS) 信息
- ANS 存储顶级域名 (TLD) 信息（如 .com、.org）

最终，若域名有效则返回对应 IP 地址，否则返回失败。

4. 使用 Java 的 InetAddress API

InetAddress API 提供了丰富的 DNS 查询和解析方法， 这些方法位于 java.net 包中。

4.1. getAllByName() API

该方法将主机名映射到一组 IP 地址：

InetAddress[] inetAddresses = InetAddress.getAllByName(host);
Assert.assertTrue(Arrays.stream(inetAddresses)
    .map(InetAddress::getHostAddress)
    .toArray(String[]::new).length > 1);

这被称为正向查找。

4.2. getByName() API

与 getAllByName() 类似，但只返回第一个匹配的 IP 地址：

InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("www.google.com");
Assert.assertNotNull(inetAddress.getHostAddress()); // 返回 IP 地址

4.3. getByAddress() API

执行反向查找的基础方法，通过 IP 地址获取关联主机：

InetAddress inetAddress = InetAddress.getByAddress(ip);
Assert.assertNotNull(inetAddress.getHostName()); // 返回主机名（如 google.com）

4.4. getCanonicalHostName() 和 getHostName() API

执行类似反向查找，返回完全限定域名 (FQDN)：

InetAddress inetAddress = InetAddress.getByAddress(ip); 
Assert.assertNotNull(inetAddress.getCanonicalHostName()); // 返回 FQDN
Assert.assertNotNull(inetAddress.getHostName());

5. 服务提供者接口 (SPI)

SPI 是软件开发中的重要设计模式，其核心目标是实现特定服务的可插拔组件和实现。 它允许开发者在不修改核心服务契约的情况下扩展系统功能，并自由切换实现。

5.1. InetAddress 的 SPI 组件

遵循 SPI 设计模式，JEP 418 提供了替换默认系统解析器的方案。该 SPI 从 Java 18 开始提供，需要通过服务定位器识别具体实现。若定位失败则回退到默认实现。

SPI 包含四个核心组件：

组件	说明	实例
服务 (Service)	提供特定功能的接口/类集合	互联网地址解析服务
服务提供者接口 (SPI)	代理服务的接口/抽象类	`InetAddressResolver` 接口
服务提供者 (Provider)	SPI 的具体实现	`InetAddressResolverProvider` 抽象类
服务加载器 (Loader)	绑定所有组件的机制	`ServiceLoader` 机制

关键点：

JVM 维护单一系统级解析器，由 InetAddress 使用
ServiceLoader 负责定位并设置默认解析器
失败时自动回退到系统默认实现

5.2. 自定义 InetAddressResolverProvider 实现

SPI 相关类位于 java.net.spi 包，新增类包括：

InetAddressResolverProvider
InetAddressResolver
InetAddressResolver.LookupPolicy
InetAddressResolverProvider.Configuration

下面实现自定义解析器替换系统默认解析器。首先创建工具类从文件加载地址映射到内存缓存。

步骤 1：定义 CustomAddressResolverImpl

继承 InetAddressResolverProvider 并实现两个方法：

@Override
public String name() {
    return "CustomInternetAddressResolverImpl";
}

@Override
public InetAddressResolver get(Configuration configuration) {
    LOGGER.info("Using Custom Address Resolver :: " + this.name());
    LOGGER.info("Registry initialised");
    return new InetAddressResolver() {
        @Override
        public Stream<InetAddress> lookupByName(String host, LookupPolicy lookupPolicy) 
            throws UnknownHostException {
            return registry.getAddressesfromHost(host);
        }

        @Override
        public String lookupByAddress(byte[] addr) throws UnknownHostException {
            return registry.getHostFromAddress(addr);
        }
    };
}

5.3. Registry 类实现

使用 HashMap 存储主机名与 IP 地址的映射关系：

Map<String, List<byte[]>> registry = new HashMap<>();

正向查找实现（主机名 → IP 地址）：

public Stream<InetAddress> getAddressesfromHost(String host) throws UnknownHostException {
    LOGGER.info("Performing Forward Lookup for HOST : " + host);
    if (!registry.containsKey(host)) {
        throw new UnknownHostException("Missing Host information in Resolver");
    }
    return registry.get(host)
        .stream()
        .map(add -> constructInetAddress(host, add))
        .filter(Objects::nonNull);
}

⚠️ 注意： 返回 Stream<InetAddress> 以支持多 IP 映射。

反向查找实现（IP 地址 → 主机名）：

public String getHostFromAddress(byte[] arr) throws UnknownHostException {
    LOGGER.info("Performing Reverse Lookup for Address : " + Arrays.toString(arr));
    for (Map.Entry<String, List<byte[]>> entry : registry.entrySet()) {
        if (entry.getValue()
            .stream()
            .anyMatch(ba -> Arrays.equals(ba, arr))) {
            return entry.getKey();
        }
    }
    throw new UnknownHostException("Address Not Found");
}

最后通过 ServiceLoader 加载自定义实现：

在 resources/META-INF/services 创建文件：
```
java.net.spi.InetAddressResolverProvider
```

文件内容填写实现类的全限定名：

com.baeldung.inetspi.providers.CustomAddressResolverImpl

6. 替代方案

若不想实现自定义解析器，可考虑以下替代方案：

✅ 使用 JNDI + DNS 提供者
但无法利用 InetAddress 的丰富 API

✅ 通过 Project Panama 的 JNI 调用系统原生解析器
需要处理本地代码复杂性

❌ 修改 JDK 系统属性
如设置 jdk.net.hosts.file 指定主机映射文件
⚠️ 缺点：维护完整映射列表困难

7. 总结

本文深入分析了 Java 中互联网地址解析的工作原理，重点探讨了 JEP 418 引入的 SPI 机制。我们实现了自定义地址解析提供者，并讨论了替代方案。这种 SPI 设计为 Java 网络编程带来了前所未有的灵活性，特别适合需要特殊解析策略的场景（如测试环境、私有 DNS 等）。

完整示例代码请查阅 GitHub 仓库。

Persistence

REST

Security