附录0-实现Java类的热替换
实现 Java 类的热替换
什么是热替换及其实现原理
- 热替换是在不停止正在运行的系统的情况下进行类（对象）的升级替换；
- 这要求虚拟机中要存在同一个类的两个不同版本。可我们知道，我们是无法将同一个类加载两遍的，想要实现这点，我们需要让虚拟机认为这是两个不同的类，即用两个不同的类加载器去加载这个类不同版本的 class 文件；
- 因此，这个工作就不能由系统提供给我们的启动类加载器，扩展类加载器或者应用程序类加载器来完成，因为这三个类加载器在同一个虚拟机中只有一份，不仅如此，我们还要跳过这些类加载器；
- 想要跳过这些类加载器可不是只要不用这些类加载器就行了，还需要我们跳过双亲委派模型，否则类的加载还会被委派到这些个类加载器，如果恰好某个类之前是由这三个类加载器中的一个加载的，虚拟机就不会再次加载新版本的类了，就无法实现类的热替换了。
实现简单的 Java 类热替换
需求分析
现有一 Foo 类，可以在控制台持续打印：Hello world! version one，我们将在该类运行时，将其 .class 文件替换为修改后的 Foo 类的 .class 文件，修改后的 Foo 会在控制台持续打印：Hello world! version two。也就是说，替换之后，控制台打印的内容发生变化，就说明类的热替换实现成功。
Foo 类的实现：
public class Foo {
public void sayHello() {
System.out.println("Hello world! version one");
// System.out.println("Hello world! version two"); // 之后替换成这个
}
}
然后我们通过如下程序运行 Foo 类：
public class Task extends TimerTask {
@Override
public void run() {
String basePath = "C:\\Users\\Bean\\IdeaProjects\\USTJ\\target\\classes";
// 每执行一次任务都 new 一个新的类加载器
HotswapClassLoader cl = new HotswapClassLoader(
basePath, new String[]{"com.jvm.ch7.hotswap.Foo"});
try {
// 通过我们自己实现的类加载器加载 Foo 类
Class cls = cl.loadClass("com.jvm.ch7.hotswap.Foo", true);
Object foo = cls.newInstance();
Method method = cls.getMethod("sayHello", new Class[]{});
method.invoke(foo, new Object[]{});
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new Task(), 0, 1000);
}
}
实现类加载器
HotswapClassLoader 的实现如下，具体的讲解已被写入注释中：
public class HotswapClassLoader extends ClassLoader {
private String basePath;
private HashSet<String> loadedClass; // 用来记录被这个类加载器所加载的类
public HotswapClassLoader(String basePath, String[] classList) {
// 跳过父类加载器，把它设为null
super(null);
this.basePath = basePath;
loadedClass = new HashSet<>();
// 该类加载器在初始化的时候会直接把应该它负责加载的类加载好，
// 这样之后 loadClass 时，会在第一步检验该类是否已经被加载时发现该类已经被加载过了，
// 就无需执行 loadClass 之后的流程，直接返回虚拟机中被加载好的类即可，
// 这样虽然初始化的时间长了点，但是之后 loadClass 时会比较省时间
loadClassByMe(classList);
}
/**
* 加载给定的的 classList 中的类到虚拟机
*/
private void loadClassByMe(String[] classList) {
for (int i = 0; i < classList.length; i++) {
Class cls = loadClassDirectly(classList[i]);
if (cls != null) {
loadedClass.add(classList[i]);
}
}
}
/**
* 通过文件名直接加载类，得到Class对象
*/
private Class loadClassDirectly(String className) {
Class cls = null;
StringBuilder sb = new StringBuilder(basePath);
String classPath = className.replace(".", File.separator) + ".class";
sb.append(File.separator + classPath);
File file = new File(sb.toString());
InputStream fin = null;
try {
fin = new FileInputStream(file);
// 将字节流转化成内存中的Class对象
cls = instantiateClass(className, fin, (int) file.length());
return cls;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (fin != null) {
try {
fin.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
return null;
}
/**
* 将字节流转化成内存中的Class对象啊，使用defineClass方法！
*/
private Class instantiateClass(String name, InputStream fin, int len) {
byte[] buffer = new byte[len];
try {
fin.read(buffer);
return defineClass(name, buffer, 0, len);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (fin != null) {
try {
fin.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
return null;
}
/**
* 覆盖原有的loadClass规则，
*/
public Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
Class cls = null;
// 应该由 HotswapClassLoader 负责加载的类会通过下面这一行得到类的 Class 对象，
// 因为早在 HotswapClassLoader 类加载器执行构造函数时，它们就被加载好了
cls = findLoadedClass(name);
// 只有在这个类没有被加载，且！这个类不是当前这个类加载器负责加载的时候，才去使用启动类加载器
if (cls == null && !loadedClass.contains(name)) {
cls = findSystemClass(name);
}
if (cls == null) {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
// resolveClass是进行连接操作的，即"验证+准备+解析"，之后就可以进行初始化了
if (resolve) {
resolveClass(cls);
}
return cls;
}
}