Java服务器热部署的实现原理
2016-07-04 15:16
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所谓热部署，就是在应用正在运行的时候升级软件，却不需要重新启动应用。
对于Java应用程序来说，热部署就是在运行时更新Java类文件。在基于Java的应用服务器实现热部署的过程中，类装入器扮演着重要的角色。大多数基于Java的应用服务器，包括EJB服务器和Servlet容器，都支持热部署。类装入器不能重新装入一个已经装入的类，但只要使用一个新的类装入器实例，就可以将类再次装入一个正在运行的应用程序。
在web应用开发或者游戏服务器开发的过程中，我们时时刻刻都在使用热部署。热部署的目的很简单，就是为了节省应用开发和发布的时间。比如，我们在使用Tomcat或者Jboss等应用服务器开发应用时，我们经常会开启热部署功能。热部署，简单点来说，就是我们将打包好的应用直接替换掉原有的应用，不用关闭或者重启服务器，一切就是这么简单。那么，热部署到底是如何实现的呢？在本文中，我将写一个实例，这个实例就是一个容器应用，允许用户发布自己的应用，同时支持热部署。
在Java中，要实现热部署，首先，你得明白，Java中类的加载方式。每一个应用程序的类都会被ClassLoader加载，所以，要实现一个支持热部署的应用，我们可以对每一个用户自定义的应用程序使用一个单独的ClassLoader进行加载。然后，当某个用户自定义的应用程序发生变化的时候，我们首先销毁原来的应用，然后使用一个新的ClassLoader来加载改变之后的应用。而所有其他的应用程序不会受到一点干扰。先看一下，该应用的设计图：
有了总体实现思路之后，我们可以想到如下几个需要完成的目标：
1、定义一个用户自定义应用程序的接口，这是因为，我们需要在容器应用中去加载用户自定义的应用程序。
2、我们还需要一个配置文件，让用户去配置他们的应用程序。
3、应用启动的时候，加载所有已有的用户自定义应用程序。
4、为了支持热部署，我们需要一个监听器，来监听应用发布目录中每个文件的变动。这样，当某个应用重新部署之后，我们就可以得到通知，进而进行热部署处理。
实现部分：
首先，我们定义一个接口，每一个用户自定义的程序中都必须包含唯一一个实现了该接口的类。代码如下：
[java]
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public interface IApplication {
public void init();
public void execute();
public void destory();
}
[align=left]在这个例子中，每一个用户自定义的应用程序，都必须首先打包成一个jar文件，然后发布到一个指定的目录，按照指定的格式，然后首次发布的时候，还需要将应用的配置添加到配置文件中。所以，首先，我们需要定义一个可以加载指定目录jar文件的类：[/align]
[java]
view plain
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public ClassLoader createClassLoader(ClassLoader parentClassLoader, String... folders) {
List<URL> jarsToLoad = new ArrayList<URL>();
for (String folder : folders) {
List<String> jarPaths = scanJarFiles(folder);
for (String jar : jarPaths) {
try {
File file = new File(jar);
jarsToLoad.add(file.toURI().toURL());
} catch (MalformedURLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
URL[] urls = new URL[jarsToLoad.size()];
jarsToLoad.toArray(urls);
return new URLClassLoader(urls, parentClassLoader);
}
[align=left]
[/align]
这个方法很简单，就是从多个目录中扫描jar文件，然后返回一个新的URLClassLoader实例。至于scanJarFiles方法，你可以随后下载本文的源码。然后，我们需要定义一个配置文件，用户需要将他们自定义的应用程序信息配置在这里，这样，该容器应用随后就根据这个配置文件来加载所有的应用程序：
[html]
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<apps>
<app>
<name> TestApplication1</name >
<file> com.ijavaboy.app.TestApplication1</file >
</app>
<app>
<name> TestApplication2</name >
<file> com.ijavaboy.app.TestApplication2</file >
</app>
</apps>
这个配置是XML格式的，每一个app标签就表示一个应用程序，每一个应用程序，需要配置名称和那个实现了IApplication接口的类的完整路径和名称。
有了这个配置文件，我们需要对其进行解析，在这个例子中，我使用的是xstream，很简单，你可以下载源码，然后看看就知道了。这里略过。这里需要提一下：每个应用的名称(name),是至关重要的，因为该例子中，我们的发布目录是整个项目发布目录下的applications目录，这是所有用户自定义应用程序发布的目录。而用户发布一个应用程序，需要首先在该目录下新建一个和这里配置的name一样名称的文件夹，然后将打包好的应用发布到该文件夹中。(你必须这样做，否则在这个例子中，你会发布失败)。
好了，现在加载jar的方法和配置都有了，下面将是整个例子的核心部分，对，就是应用程序管理类，这个类就是要完成对每一个用户自定义应用程序的管理和维护。首先要做的，就是如何加载一个应用程序：
[java]
view plain
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public void createApplication(String basePath, AppConfig config){
String folderName = basePath + GlobalSetting. JAR_FOLDER + config.getName();
ClassLoader loader = this.jarLoader .createClassLoader(ApplicationManager. class.getClassLoader(), folderName);
try {
Class<?> appClass = loader. loadClass(config.getFile());
IApplication app = (IApplication)appClass.newInstance();
app.init();
this.apps .put(config.getName(), app);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
可以看到，这个方法接收两个参数，一个是基本路径，一个是应用程序配置。基本路径其实就是项目发布目录的地址，而AppConfig其实就是配置文件中app标签的一个实体映射，这个方法从指定的配置目录中加载指定的类，然后调用该应用的init方法，完成用户自定义应用程序的初始化。最后将，该加载的应用放入内存中。
现在，所有的准备工作，都已经完成了。接下来，在整个应用程序启动的时候，我们需要加载所有的用户自定义应用程序，所以，我们在ApplicationManager中添加一个方法：
[java]
view plain
copy
public void loadAllApplications(String basePath){
for(AppConfig config : this.configManager.getConfigs()){
this.createApplication(basePath, config);
}
}
这个方法，就是将用户配置的所有应用程序加载到该容器应用中来。好了，现在我们是不是需要写两个独立的应用程序试试效果了，要写这个应用程序，首先我们新建一个java应用程序，然后引用这个例子项目，或者将该例子项目打包成一个jar文件，然后引用到这个独立的应用中来，因为这个独立的应用程序中，必须要包含一个实现了IApplication接口的类。我们来看看这个例子包含的一个独立应用的样子：
[java]
view plain
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public class TestApplication1 implements IApplication{
@Override
public void init() {
System. out.println("TestApplication1-->init" );
}
@Override
public void execute() {
System. out.println("TestApplication1-->do something" );
}
@Override
public void destory() {
System. out.println("TestApplication1-->destoryed" );
}
}
是不是很简单？对，就是这么简单。你可以照这个样子，再写一个独立应用。接下来，你还需要在applications.xml中进行配置，很简单，就是在apps标签中增加如下代码：
[html]
view plain
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<app>
<name> TestApplication1</name >
<file> com.ijavaboy.app.TestApplication1</file >
</app>
接下来，进入到本文的核心部分了，接下来我们的任务，就全部集中在热部署上了，其实，也许现在你还觉得热部署很神秘，但是，我相信一分钟之后，你就不会这么想了。要实现热部署，我们之前说过，需要一个监听器，来监听发布目录applications,这样当某个应用程序的jar文件改变时，我们可以进行热部署处理。其实，要实现目录文件改变的监听，有很多种方法，这个例子中我使用的是apache的一个开源虚拟文件系统——common-vfs。如果你对其感兴趣，你可以访问http://commons.apache.org/proper/commons-vfs/。这里，我们继承其FileListener接口，实现fileChanged 即可：
[java]
view plain
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public void fileChanged (FileChangeEvent event) throws Exception {
String ext = event.getFile().getName().getExtension();
if(!"jar" .equalsIgnoreCase(ext)){
return;
}
String name = event.getFile().getName().getParent().getBaseName();
ApplicationManager. getInstance().reloadApplication(name);
当某个文件改变的时候，该方法会被回调。所以，我们在这个方法中调用了ApplicationManager的reloadApplication方法，重现加载该应用程序。
[java]
view plain
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public void reloadApplication (String name){
IApplication oldApp = this.apps .remove(name);
if(oldApp == null){
return;
}
oldApp.destory(); //call the destroy method in the user's application
AppConfig config = this.configManager .getConfig(name);
if(config == null){
return;
}
createApplication(getBasePath(), config);
重现加载应用程序时，我们首先从内存中删除该应用程序，然后调用原来应用程序的destory方法，最后按照配置重新创建该应用程序实例。
到这里，你还觉得热部署很玄妙很高深吗？一切就是如此简单。好了，言归正传，为了让我们自定义的监听接口可以有效工作起来，我们还需要指定它要监听的目录：
[java]
view plain
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public void initMonitorForChange(String basePath){
try {
this.fileManager = VFS.getManager();
File file = new File(basePath + GlobalSetting.JAR_FOLDER);
FileObject monitoredDir = this.fileManager .resolveFile(file.getAbsolutePath());
FileListener fileMonitorListener = new JarFileChangeListener();
this.fileMonitor = new DefaultFileMonitor(fileMonitorListener);
this.fileMonitor .setRecursive(true);
this.fileMonitor .addFile(monitoredDir);
this.fileMonitor .start();
System. out.println("Now to listen " + monitoredDir.getName().getPath());
} catch (FileSystemException e) {
e.printStackTrace();
}
}
这里，就是初始化监听器的地方，我们使用VFS的DefaultFileMonitor完成监听。而监听的目录，就是应用发布目录applications。接下来，为了让整个应用程序可以持续的运行而不会结束，我们修改下启动方法：
[java]
view plain
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public static void main(String[] args){
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ApplicationManager manager = ApplicationManager.getInstance();
manager.init();
}
});
t.start();
while(true ){
try {
Thread. sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
好了，到这里，一切都要结束了。现在，你已经很明白热部署是怎么一回事了，对吗？不明白？OK，还有最后一招，去看看源码吧！
源码我已经放到了GitHub上面了，地址：https://github.com/chenjie19891104/ijavaboy/tree/master/AppLoader，欢迎下载使用，你拥有一切的权利对其进行修改。
最后，如果本文有什么地方说的不准确，欢迎指正，谢谢！
对于Java应用程序来说，热部署就是在运行时更新Java类文件。在基于Java的应用服务器实现热部署的过程中，类装入器扮演着重要的角色。大多数基于Java的应用服务器，包括EJB服务器和Servlet容器，都支持热部署。类装入器不能重新装入一个已经装入的类，但只要使用一个新的类装入器实例，就可以将类再次装入一个正在运行的应用程序。
在web应用开发或者游戏服务器开发的过程中，我们时时刻刻都在使用热部署。热部署的目的很简单，就是为了节省应用开发和发布的时间。比如，我们在使用Tomcat或者Jboss等应用服务器开发应用时，我们经常会开启热部署功能。热部署，简单点来说，就是我们将打包好的应用直接替换掉原有的应用，不用关闭或者重启服务器，一切就是这么简单。那么，热部署到底是如何实现的呢？在本文中，我将写一个实例，这个实例就是一个容器应用，允许用户发布自己的应用，同时支持热部署。
在Java中，要实现热部署，首先，你得明白，Java中类的加载方式。每一个应用程序的类都会被ClassLoader加载，所以，要实现一个支持热部署的应用，我们可以对每一个用户自定义的应用程序使用一个单独的ClassLoader进行加载。然后，当某个用户自定义的应用程序发生变化的时候，我们首先销毁原来的应用，然后使用一个新的ClassLoader来加载改变之后的应用。而所有其他的应用程序不会受到一点干扰。先看一下，该应用的设计图：
有了总体实现思路之后，我们可以想到如下几个需要完成的目标：
1、定义一个用户自定义应用程序的接口，这是因为，我们需要在容器应用中去加载用户自定义的应用程序。
2、我们还需要一个配置文件，让用户去配置他们的应用程序。
3、应用启动的时候，加载所有已有的用户自定义应用程序。
4、为了支持热部署，我们需要一个监听器，来监听应用发布目录中每个文件的变动。这样，当某个应用重新部署之后，我们就可以得到通知，进而进行热部署处理。
实现部分：
首先，我们定义一个接口，每一个用户自定义的程序中都必须包含唯一一个实现了该接口的类。代码如下：
[java]
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copy
public interface IApplication {
public void init();
public void execute();
public void destory();
}
[align=left]在这个例子中，每一个用户自定义的应用程序，都必须首先打包成一个jar文件，然后发布到一个指定的目录，按照指定的格式，然后首次发布的时候，还需要将应用的配置添加到配置文件中。所以，首先，我们需要定义一个可以加载指定目录jar文件的类：[/align]
[java]
view plain
copy
public ClassLoader createClassLoader(ClassLoader parentClassLoader, String... folders) {
List<URL> jarsToLoad = new ArrayList<URL>();
for (String folder : folders) {
List<String> jarPaths = scanJarFiles(folder);
for (String jar : jarPaths) {
try {
File file = new File(jar);
jarsToLoad.add(file.toURI().toURL());
} catch (MalformedURLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
URL[] urls = new URL[jarsToLoad.size()];
jarsToLoad.toArray(urls);
return new URLClassLoader(urls, parentClassLoader);
}
[align=left]
[/align]
这个方法很简单，就是从多个目录中扫描jar文件，然后返回一个新的URLClassLoader实例。至于scanJarFiles方法，你可以随后下载本文的源码。然后，我们需要定义一个配置文件，用户需要将他们自定义的应用程序信息配置在这里，这样，该容器应用随后就根据这个配置文件来加载所有的应用程序：
[html]
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copy
<apps>
<app>
<name> TestApplication1</name >
<file> com.ijavaboy.app.TestApplication1</file >
</app>
<app>
<name> TestApplication2</name >
<file> com.ijavaboy.app.TestApplication2</file >
</app>
</apps>
这个配置是XML格式的，每一个app标签就表示一个应用程序，每一个应用程序，需要配置名称和那个实现了IApplication接口的类的完整路径和名称。
有了这个配置文件，我们需要对其进行解析，在这个例子中，我使用的是xstream，很简单，你可以下载源码，然后看看就知道了。这里略过。这里需要提一下：每个应用的名称(name),是至关重要的，因为该例子中，我们的发布目录是整个项目发布目录下的applications目录，这是所有用户自定义应用程序发布的目录。而用户发布一个应用程序，需要首先在该目录下新建一个和这里配置的name一样名称的文件夹，然后将打包好的应用发布到该文件夹中。(你必须这样做，否则在这个例子中，你会发布失败)。
好了，现在加载jar的方法和配置都有了，下面将是整个例子的核心部分，对，就是应用程序管理类，这个类就是要完成对每一个用户自定义应用程序的管理和维护。首先要做的，就是如何加载一个应用程序：
[java]
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copy
public void createApplication(String basePath, AppConfig config){
String folderName = basePath + GlobalSetting. JAR_FOLDER + config.getName();
ClassLoader loader = this.jarLoader .createClassLoader(ApplicationManager. class.getClassLoader(), folderName);
try {
Class<?> appClass = loader. loadClass(config.getFile());
IApplication app = (IApplication)appClass.newInstance();
app.init();
this.apps .put(config.getName(), app);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
可以看到，这个方法接收两个参数，一个是基本路径，一个是应用程序配置。基本路径其实就是项目发布目录的地址，而AppConfig其实就是配置文件中app标签的一个实体映射，这个方法从指定的配置目录中加载指定的类，然后调用该应用的init方法，完成用户自定义应用程序的初始化。最后将，该加载的应用放入内存中。
现在，所有的准备工作，都已经完成了。接下来，在整个应用程序启动的时候，我们需要加载所有的用户自定义应用程序，所以，我们在ApplicationManager中添加一个方法：
[java]
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copy
public void loadAllApplications(String basePath){
for(AppConfig config : this.configManager.getConfigs()){
this.createApplication(basePath, config);
}
}
这个方法，就是将用户配置的所有应用程序加载到该容器应用中来。好了，现在我们是不是需要写两个独立的应用程序试试效果了，要写这个应用程序，首先我们新建一个java应用程序，然后引用这个例子项目，或者将该例子项目打包成一个jar文件，然后引用到这个独立的应用中来，因为这个独立的应用程序中，必须要包含一个实现了IApplication接口的类。我们来看看这个例子包含的一个独立应用的样子：
[java]
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copy
public class TestApplication1 implements IApplication{
@Override
public void init() {
System. out.println("TestApplication1-->init" );
}
@Override
public void execute() {
System. out.println("TestApplication1-->do something" );
}
@Override
public void destory() {
System. out.println("TestApplication1-->destoryed" );
}
}
是不是很简单？对，就是这么简单。你可以照这个样子，再写一个独立应用。接下来，你还需要在applications.xml中进行配置，很简单，就是在apps标签中增加如下代码：
[html]
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copy
<app>
<name> TestApplication1</name >
<file> com.ijavaboy.app.TestApplication1</file >
</app>
接下来，进入到本文的核心部分了，接下来我们的任务，就全部集中在热部署上了，其实，也许现在你还觉得热部署很神秘，但是，我相信一分钟之后，你就不会这么想了。要实现热部署，我们之前说过，需要一个监听器，来监听发布目录applications,这样当某个应用程序的jar文件改变时，我们可以进行热部署处理。其实，要实现目录文件改变的监听，有很多种方法，这个例子中我使用的是apache的一个开源虚拟文件系统——common-vfs。如果你对其感兴趣，你可以访问http://commons.apache.org/proper/commons-vfs/。这里，我们继承其FileListener接口，实现fileChanged 即可：
[java]
view plain
copy
public void fileChanged (FileChangeEvent event) throws Exception {
String ext = event.getFile().getName().getExtension();
if(!"jar" .equalsIgnoreCase(ext)){
return;
}
String name = event.getFile().getName().getParent().getBaseName();
ApplicationManager. getInstance().reloadApplication(name);
当某个文件改变的时候，该方法会被回调。所以，我们在这个方法中调用了ApplicationManager的reloadApplication方法，重现加载该应用程序。
[java]
view plain
copy
public void reloadApplication (String name){
IApplication oldApp = this.apps .remove(name);
if(oldApp == null){
return;
}
oldApp.destory(); //call the destroy method in the user's application
AppConfig config = this.configManager .getConfig(name);
if(config == null){
return;
}
createApplication(getBasePath(), config);
重现加载应用程序时，我们首先从内存中删除该应用程序，然后调用原来应用程序的destory方法，最后按照配置重新创建该应用程序实例。
到这里，你还觉得热部署很玄妙很高深吗？一切就是如此简单。好了，言归正传，为了让我们自定义的监听接口可以有效工作起来，我们还需要指定它要监听的目录：
[java]
view plain
copy
public void initMonitorForChange(String basePath){
try {
this.fileManager = VFS.getManager();
File file = new File(basePath + GlobalSetting.JAR_FOLDER);
FileObject monitoredDir = this.fileManager .resolveFile(file.getAbsolutePath());
FileListener fileMonitorListener = new JarFileChangeListener();
this.fileMonitor = new DefaultFileMonitor(fileMonitorListener);
this.fileMonitor .setRecursive(true);
this.fileMonitor .addFile(monitoredDir);
this.fileMonitor .start();
System. out.println("Now to listen " + monitoredDir.getName().getPath());
} catch (FileSystemException e) {
e.printStackTrace();
}
}
这里，就是初始化监听器的地方，我们使用VFS的DefaultFileMonitor完成监听。而监听的目录，就是应用发布目录applications。接下来，为了让整个应用程序可以持续的运行而不会结束，我们修改下启动方法：
[java]
view plain
copy
public static void main(String[] args){
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ApplicationManager manager = ApplicationManager.getInstance();
manager.init();
}
});
t.start();
while(true ){
try {
Thread. sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
好了，到这里，一切都要结束了。现在，你已经很明白热部署是怎么一回事了，对吗？不明白？OK，还有最后一招，去看看源码吧！
源码我已经放到了GitHub上面了，地址：https://github.com/chenjie19891104/ijavaboy/tree/master/AppLoader，欢迎下载使用，你拥有一切的权利对其进行修改。
最后，如果本文有什么地方说的不准确，欢迎指正，谢谢！
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