Java 热部署

何为热部署（hotswap）

热部署是在不重启 Java 虚拟机的前提下，能自动侦测到 class 文件的变化，更新运行时 class 的行为。Java 类是通过 Java 虚拟机加载的，某个类的 class 文件在被 classloader 加载后，会生成对应的 Class 对象，之后就可以创建该类的实例。

默认的虚拟机行为只会在启动时加载类，如果后期有一个类需要更新的话，单纯替换编译的 class 文件，Java 虚拟机是不会更新正在运行的 class。

如果要实现热部署，最根本的方式是修改虚拟机的源代码，改变 classloader 的加载行为，使虚拟机能监听 class 文件的更新，重新加载 class 文件，这样的行为破坏性很大，为后续的 JVM 升级埋下了一个大坑。

另一种友好的方法是创建自己的 classloader 来加载需要监听的 class，这样就能控制类加载的时机，从而实现热部署。

目前的加载机制，称为双亲委派，这种自上而下的加载方式的好处是，让每个 classloader 执行自己的加载任务，不会重复加载类。但是这种方式却使加载顺序非常难改变，让自定义 classloader 抢先加载需要监听改变的类成为了一个难题。

不过我们可以换一个思路，虽然无法抢先加载该类，但是仍然可以用自定义 classloader 创建一个功能相同的类，让每次实例化的对象都指向这个新的类。当这个类的 class 文件发生改变的时候，再次创建一个更新的类，之后如果系统再次发出实例化请求，创建的对象讲指向这个全新的类。

• 创建自定义的 classloader，加载需要监听改变的类，在 class 文件发生改变的时候，重新加载该类。
• 改变创建对象的行为，使他们在创建时使用自定义 classloader 加载的 class。

使用 JavaAgent 拦截默认加载器的行为

之前实现的类加载器已经解决了热部署所需要的功能，可是 JVM 启动时，并不会用自定义的加载器加载 classpath 下的所有 class 文件，取而代之的是通过应用加载器去加载。如果在其之后用自定义加载器重新加载已经加载的 class，有可能会出现 LinkageError 的 exception。所以必须在应用启动之前，重新替换已经加载的 class。如果在 jdk1.4 之前，能使用的方法只有一种，改变 jdk 中 classloader 的加载行为，使它指向自定义加载器的加载行为。好在 jdk5.0 之后，我们有了另一种侵略性更小的办法，这就是 JavaAgent 方法，JavaAgent 可以在 JVM 启动之后，应用启动之前的短暂间隙，提供空间给用户做一些特殊行为。比较常见的应用，是利用 JavaAgent 做面向方面的编程，在方法间加入监控日志等。

JavaAgent 的实现很容易，只要在一个类里面，定义一个 premain 的方法。

清单 6. 一个简单的 JavaAgent

 public class ReloadAgent {     public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst){         GeneralTransformer trans = new GeneralTransformer();         inst.addTransformer(trans);     }  }

然后编写一个 manifest 文件，将 Premain-Class属性设置成定义一个拥有 premain方法的类名即可。

生成一个包含这个 manifest 文件的 jar 包。

 manifest-Version: 1.0  Premain-Class: com.example.ReloadAgent  Can-Redefine-Classes: true

最后需要在执行应用的参数中增加 -javaagent参数 , 加入这个 jar。同时可以为 Javaagent增加参数，下图中的参数是测试代码中 test project 的绝对路径。这样在执行应用的之前，会优先执行 premain方法中的逻辑，并且预解析需要加载的 class。

图 1. 增加执行参数

这里利用 JavaAgent替换原始字节码，阻止原始字节码被 Java 虚拟机加载。只需要实现 一个 ClassFileTransformer的接口，利用这个实现类完成 class 替换的功能。

清单 7. 替换 class

@Override public byte [] transform(ClassLoader paramClassLoader, String paramString,      Class<?> paramClass, ProtectionDomain paramProtectionDomain,      byte [] paramArrayOfByte) throws IllegalClassFormatException { String className = paramString.replace("/", "."); if(className.equals("com.example.Test")){ MyClassLoader cl = MyClassLoader.getInstance(); cl.defineReference(className, "com.example.Greeter"); return cl.getByteCode(className); }else if(className.equals("com.example.Greeter")){ MyClassLoader cl = MyClassLoader.getInstance(); cl.redefineClass(className); return cl.getByteCode(className); } return null;  }

至此，所有的工作大功告成，欣赏一下 hotswap 的结果吧。

图 2. Test 执行结果

结束语

解决 hotswap 是个困难的课题，本文解决的仅仅是让新实例化的对象使用新的逻辑，并不能改变已经实例化对象的行为，如果 JVM 能够重新设计 class 的生命周期，支持运行时重新更新一个 class，hotswap 就会成为 Java 的一个闪亮新特性。官方的 JVM 一直没有解决热部署这个问题，可能也是由于无法完全克服其中的诸多难点，希望未来的 Jdk 能解决这个问题，让 Java 应用对于更新更友好，避免不断重启应用浪费的时间。