探秘 Java 热部署

Posted 2020-11-07 莫那·鲁道

# 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：

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：

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！！！！！