Tomcat熱部署的實現原理

jopen 9年前發布 | 18K 次閱讀 Tomcat 應用服務器

概述

名詞解釋：所謂熱部署，就是在應用正在運行的時候升級軟件，卻不需要重新啟動應用。

對于Java應用程序來說，熱部署就是在運行時更新Java類文件。在基于Java的應用服務器實現熱部署的過程中，類裝入器扮演著重要的角色。大多數基于Java的應用服務器，包括EJB服務器和Servlet容器，都支持熱部署。類裝入器不能重新裝入一個已經裝入的類，但只要使用一個新的類裝入器實例，就可以將類再次裝入一個正在運行的應用程序。

我們知道，現在大多數的web服務器都支持熱部署，而對于熱部署的實現機制，網上講的卻不夠完善，下面我們就Tomcat的熱部署實現機制，講解一下它是如何實現的：

Tomcat的容器實現熱部署使用了兩種機制：

Classloader重寫，通過自定義classloader加載相應的jsp編譯后的class到JVM中。
通過動態修改內存中的字節碼，將修改過的class再次裝載到JVM中。

Classloader實現jsp的重新加載

Tomcat通過org.apache.jasper.servlet.JasperLoader實現了對jsp的加載，下面做個測試：
1．新建一個web工程，并編寫一個jsp頁面，在jsp頁面中輸出該頁面的classloader,<%System.out.print(this.getClass().getClassLoader());%>.
2．啟動web服務器，打開jsp頁面，我們可以看到后臺輸出，該jsp的classloader是JasperLoader的一個實例。
3．修改jsp，保存并刷新jsp頁面，再次查看后臺輸出，此classloader實例已經不是剛才那個了，也就是說tomcat通過一個新的classloader再次裝載了該jsp。
4．其實，對于每個jsp頁面tomcat都使用了一個獨立的classloader來裝載，每次修改完jsp后，tomcat都將使用一個新的classloader來裝載它。

關于如何使用自定義classloader來裝載一個class這里就不說了，相信網上都能找到，JSP屬于一次性消費，每次調用容器將創建一個新的實例，屬于用完就扔的那種，但是對于這種實現方式卻很難用于其它情況下，如現在我們工程中很多都使用了單例，尤其是spring工程，在這種情況下使用新的classloader來加載修改后的類是不現實的，單例類將在內存中產生多個實例，而且這種方式無法改變當前內存中已有實例的行為，當然，tomcat也沒通過該方式實現class文件的重新加載。

通過代理修改內存中class的字節碼

Tomcat中的class文件是通過org.apache.catalina.loader. WebappClassLoader裝載的,同樣我們可以做個測試，測試過程與jsp測試類似，測試步驟就不說了，只說一下結果：

在熱部署的情況下，對于被該classloader 加載的class文件，它的classloader始終是同一個WebappClassLoader，除非容器重啟了，相信做完這個實驗你就不會再認為tomcat是使用一個新的classloader來加載修改過的class了，而且對于有狀態的實例，之前該實例擁有的屬性和狀態都將保存，并在下次執行時擁有了新的class的邏輯，這就是熱部署的神秘之處（其實每個實例只是保存了該實例的狀態屬性，我們通過序列化對象就能看到對象中包含的狀態，最終的邏輯還是存在于class文件中）。

下面的class重定義是通過：java.lang.instrument實現的，具體可參考相關文檔。

下面我們看一下如何通過代理修改內存中的class字節碼：

以下是一個簡單的熱部署代理實現類（代碼比較粗糙，也沒什么判斷）：

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.util.Set;
import java.util.Timer;
import java.util.TreeSet;
public  class  HotAgent {

    protected  static  Set<String>  clsnames=new TreeSet<String>();

    public  static  void  premain(String  agentArgs, Instrumentation  inst)  throws Exception {
        ClassFileTransformer  transformer =new ClassTransform(inst);
        inst.addTransformer(transformer);
        System.out.println("是否支持類的重定義："+inst.isRedefineClassesSupported());
        Timer  timer=new  Timer();
        timer.schedule(new ReloadTask(inst),2000,2000);
    }
}

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
importjava.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.security.ProtectionDomain;

public  class  ClassTransform.  implements ClassFileTransformer {
    private  Instrumentation  inst;

    protected  ClassTransform(Instrumentation  inst){
        this.inst=inst;
    }

    /**
     * 此方法在redefineClasses時或者初次加載時會調用，也就是說在class被再次加載時會被調用，
     * 并且我們通過此方法可以動態修改class字節碼，實現類似代理之類的功能，具體方法可使用ASM或者javasist，
     * 如果對字節碼很熟悉的話可以直接修改字節碼。
     */
    public  byte[]  transform(ClassLoader  loader, String  className,
           Class<?>  classBeingRedefined, ProtectionDomain  protectionDomain,
           byte[]  classfileBuffer)throws IllegalClassFormatException {
        byte[]  transformed = null;
        HotAgent.clsnames.add(className);
        return  null;
    }
}

import java.lang.instrument.ClassDefinition;
import java.io.InputStream;
import java.lang.instrument.ClassDefinition;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.util.TimerTask;

public  class  ReloadTask  extends  TimerTask {
    private  Instrumentation  inst;

    protected  ReloadTask(Instrumentation  inst){
        this.inst=inst;
    }

    @Override
    public  void  run() {
       try{
           ClassDefinition[]  cd=new ClassDefinition[1];
           Class[]  classes=inst.getAllLoadedClasses();
           for(Class  cls:classes){
                if(cls.getClassLoader()==null||!cls.getClassLoader().getClass().getName().equals("sun.misc.Launcher$AppClassLoader"))
                    continue;
                String  name=cls.getName().replaceAll("\\.","/");
                cd[0]=new ClassDefinition(cls,loadClassBytes(cls,name+".class"));
                inst.redefineClasses(cd);
           }
       }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
       }
    }

    private  byte[]  loadClassBytes(Class  cls,String  clsname) throws  Exception{
        System.out.println(clsname+":"+cls);
        InputStream  is=cls.getClassLoader().getSystemClassLoader().getResourceAsStream(clsname);
        if(is==null)return  null;
        byte[]  bt=new  byte[is.available()];
        is.read(bt);
        is.close();
        return  bt;
    }
}

以上是基本實現代碼，需要組件為：
1．HotAgent（預加載）
2．ClassTransform（在加載class的時候可以修改class的字節碼），本例中沒用到
3．ReloadTask（class定時加載器，以上代碼僅供參考）
4．META-INF/MANIFEST.MF內容為：（參數一：支持class重定義；參數二：預加載類）

Can-Redefine-Classes: true
Premain-Class: agent.HotAgent

5．將以上組件打包成jar文件（到此，組件已經完成，下面為編寫測試類文件）。
6．新建一個java工程，編寫一個java邏輯類，并編寫一個Test類，在該測試類中調用邏輯類的方法，下面看下測試類代碼：

package test.redefine;

public  class  Bean1 {
    public  void  test1(){
      System.out.println("============================");
    }
}

package test.redefine;

public  class  Test {
    public  static  void  main(String[] args)throws  InterruptedException {

       Bean1  c1=new  Bean1();
       while(true){
           c1.test1();
           Thread.sleep(5000);
       }
    }
}

運行測試類：

java –javaagent:agent.jar test.redefine.Test

在測試類中，我們使用了一個死循環，定時調用邏輯類的方法。我們可以修改Bean1中的方法實現，將在不同時間看到不同的輸出結果，關于技術細節也沒什么好講的了，相信大家都能明白。

來自：http://my.oschina.net/xianggao/blog/364068

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