莫那·鲁道

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探秘-Java-热部署

前言

在之前的 深入浅出 JVM ClassLoader 一文中,我们说可以通过修改默认的类加载器实现热部署,但在 Java 开发领域,热部署一直是一个难以解决的问题,目前的 Java 虚拟机只能实现方法体的修改热部署,对于整个类的结构修改,仍然需要重启虚拟机,对类重新加载才能完成更新操作。对于某些大型的应用来说,每次的重启都需要花费大量的时间成本,所以,如果能像我们之前说的那样,在不重启虚拟机的情况下更新一个类,在某些业务场景下变得十分重要。比如很多脚本语言就支持热替换,例如 PHP,只要替换了PHP 源文件,这种改动就会立即生效,且无需重启服务器。

今天我们就来一个简单的热部署,注意:不要小看他,这也是 JSP 支持修改的实现方式。

1. 怎么实现?

在上篇文章中,我们贴了一幅图:

热替换基本思路

我们知道,一个类加载器只能加载一个同名类,在Java默认的类加载器层面作了判断,如果已经有了该类,则不再重复加载,如果强行绕过判断并使用自定义类加载器重复加载(比如调用 defineClass 方法),JVM 将会抛出 LinkageError:attempted duplicate class definition for name。

但请注意,我们说同一个类加载器不可以加载两个同名的类,但不同的类加载器是可以加载同名的类的,加载完成之后,这两个类虽然同名,但不是同一个 Class 对象,无法进行转换。

那么我们是否可以利用这个特性,实现热部署呢?如同上图的步骤:使用自定义的类加载器,加载一个类,当需要进行替换类的时候,我们就丢弃之前的类加载器和类,使用新的类加载器去加载新的 Class 文件,然后运行新对象的方法。

让我们按照这个思路写段代码试试吧!


 class AccountMain {

  public static void main(String[] args)
      throws ClassNotFoundException, InterruptedException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {

    while (true) {
      ClassLoader loader = new ClassLoader() {
        @Override
        public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
          try {
            String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";

            InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
            if (is == null) {
              return super.loadClass(name);
            }

            byte[] b = new byte[is.available()];

            is.read(b);
            return defineClass(name, b, 0, b.length);

          } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            throw new ClassNotFoundException(name);
          }
        }
      };
      
      Class clazz = loader.loadClass("cn.think.in.java.clazz.loader.asm.Account");
      Object account = clazz.newInstance();
      account.getClass().getMethod("operation", new Class[]{}).invoke(account);
      Thread.sleep(20000);
    }
  }

}

上面这个类是一个 mian 方法类,该方法是一个间隔 20 秒的死循环,步骤如下:

  1. 创建一个自定义的 ClassLoader 对象,加载类的步骤不遵守双亲委派模型,而是直接加载。
  2. 使用刚刚创建的类加载器加载指定的类。
  3. 得到刚刚的Class 对象,使用反射创建对象,并调用对象的 operation 方法。

为什么间隔20秒呢?因为我们要在启动之后,修改类,并重新编译。因此需要20秒时间。

再看看 Account 类:

public class Account {
  public void operation() {
    System.out.println("operation...");
    try {
      Thread.sleep(10);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}


该类很简单,只有一个方法,就是打印 operation…字符串。

我们还需要一个类,干什么用呢?我们刚刚说,需要修改 Account 类,然后重新编译,为了方便,我们创建一个类,专门用于执行修改后的 Account 类,因为执行后肯定重新编译了,省的我们去命令行使用 javac 了。

代码如下:

class ReCompileAccount {

  public static void main(String[] args) {
    new Account().operation();
  }
}

如何测试呢?

  1. 启动AccountMain main 方法。会立刻打印出 operation… 字符串,并开始等待20秒。
  2. 修改 Account 类的字符串为 operation…..new,
  3. 启动 ReCompileAccount 类,目的是重新编译 Accoutn类。
  4. 等待 AccountMain 类的打印。

不出意外的话,最后结果如下:

打印结果

看到了吧,我们已经成功的把Accout 类修改了,并且是在不重启 JVM 的情况下,实现了热部署。就像我们刚刚说的,JSP 支持修改也是这么实现的,每一个 JSP 页面都对应着一个类加载器,当JSP 页面被修改了,就重新创建类加载器,然后使用新的类加载器加载 JSP (JSP 其实就是 Java 类)。

总结

基于 ClassLoader 的原理,我们实现了 Java 层面的热部署,但大家如果自己实现一遍的话,还是觉得很麻烦,诚然,JSP 使用这种方式没什么问题,因为他是自动编译的。但如果我们自己的应用的话,难道每次修改一个类,都要重新编译一遍,然后在给定的时间里去替换?我们能不能把这些手工活都交给 JVM 呢?实际上,Tocmat 也已经通过这种方式实现过了。限于篇幅,我们将在下一篇文章中讲述。

good luck!!!!!