Java熱更新

在持續(xù)交付的時(shí)代，重新部署一個(gè)新的版本只需要點(diǎn)擊一下按鈕。但在有的情況下，重新部署過(guò)程可能比較復(fù)雜，停機(jī)是不被允許的。所以JVM提供了另外一種選擇：在不重啟應(yīng)用的前提下進(jìn)行小幅改動(dòng)，又稱熱更新。

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對(duì)于某些大型的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，每次的重啟都需要花費(fèi)大量的時(shí)間成本，所以，如果能在不重啟虛擬機(jī)的情況下更新一個(gè)類，在某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景下變得十分重要。比如很多腳本語(yǔ)言就支持熱替換，例如服務(wù)器端PHP，只要替換了PHP源文件，這種改動(dòng)就會(huì)立即生效，無(wú)需重啟服務(wù)器。

在Java開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，熱更新一直是一個(gè)難以解決的問(wèn)題，目前的Java虛擬機(jī)只能實(shí)現(xiàn)方法級(jí)別的熱更新，對(duì)于整個(gè)類的結(jié)構(gòu)修改，仍然需要重啟虛擬機(jī)。

熱更新的方法

Java熱更新一直不斷地改進(jìn)。

1.4開(kāi)始JPDA引入了hotSwap機(jī)制(JPDA Enhancements)，實(shí)現(xiàn)了debug時(shí)的method body的動(dòng)態(tài)性。

1.5開(kāi)始通過(guò)JVMTI實(shí)現(xiàn)的java.lang.instrument(Java Platform SE 8)的premain方式，實(shí)現(xiàn)了agent方式的動(dòng)態(tài)性(JVM啟動(dòng)時(shí)指定agent)。

1.6增加了agentmain方式，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)性(通過(guò)The Attach API 綁定到具體VM)。其基本實(shí)現(xiàn)是通過(guò)JVMTI的retransformClass/redefineClass進(jìn)行函數(shù)體級(jí)別的字節(jié)碼更新，ASM、CGLib之類基本都是圍繞這些在做動(dòng)態(tài)性。

1.定義不同的classloader

在了解JVM ClassLoader之后(可以點(diǎn)擊查看《Java類加載及對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程詳解》)，可以通過(guò)定義不同的ClassLoader，監(jiān)聽(tīng)文件變化后，通過(guò)新的ClassLoader加載新文件，然后做好相應(yīng)的狀態(tài)恢復(fù)，對(duì)舊ClassLoader進(jìn)行卸載等動(dòng)作。(舊classloader及加載的class類在沒(méi)有實(shí)例引用的情況下,full gc時(shí)會(huì)被回收掉)

Tomcat的動(dòng)態(tài)部署就是監(jiān)聽(tīng)war變化，然后調(diào)用StandardContext.reload()，用新的WebContextClassLoader實(shí)例來(lái)加載war，然后初始化servlet來(lái)實(shí)現(xiàn)。類似的實(shí)現(xiàn)還有OSGi等。

這種熱更新的流程如下：

重新加載類的過(guò)程

2.agentmain

筆者的項(xiàng)目目前采用的這種形式，雖然筆者造過(guò)好多輪子，但筆者更看好Arthas這樣的開(kāi)源產(chǎn)品。。。

agentmain熱更新的原理

為了實(shí)現(xiàn)Java進(jìn)程A與進(jìn)程B之間的本地通信，熱更新的JVM進(jìn)程使用VirutalMachine.attach(pid)來(lái)連接需要熱更新的JVM進(jìn)程，然后使用virtualMachine.loadAgent加載自定義的agent(筆者查看了Arthas源碼，原理也大致相同)。這個(gè)通信通道成功建立之后，那么進(jìn)程A就能通知進(jìn)程B去執(zhí)行某些操作，從而達(dá)到監(jiān)控進(jìn)程B或者控制進(jìn)程B的某些行為的目的。如jstack、jmap等JDK自帶的工具，基本都是通過(guò)Attach機(jī)制去達(dá)成各自想要的目的的。

JVM啟動(dòng)的時(shí)候，在JVM內(nèi)部啟動(dòng)了一個(gè)監(jiān)聽(tīng)線程，這個(gè)線程的名字叫“Signal Dispatcher”，該線程的作用是，監(jiān)聽(tīng)并處理OS的信號(hào)。

信號(hào)是一種進(jìn)程通信。如平常我們用的最多的就是 kill -9 ${pid}來(lái)殺死某個(gè)進(jìn)程，kill進(jìn)程通過(guò)向${pid}的進(jìn)程發(fā)送一個(gè)編號(hào)為“9”號(hào)的信號(hào)，來(lái)通知系統(tǒng)強(qiáng)制結(jié)束${pid}的生命周期。)

至于attach實(shí)現(xiàn)，在Linux下時(shí)使用文件Socket進(jìn)行進(jìn)程通信(對(duì)同一個(gè)文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作，以達(dá)到信息的交互和共享)。

更詳細(xì)的原理，JVM大神寒泉子有篇文章《JVM源碼分析之javaagent原理完全解讀》，如點(diǎn)擊無(wú)法跳轉(zhuǎn)，請(qǐng)查看筆者CSDN博客原文來(lái)點(diǎn)擊超鏈接。

3.Arthas

Arthas是阿里巴巴最近開(kāi)源出來(lái)的一個(gè)針對(duì)java的工具，主要是針對(duì)java的問(wèn)題進(jìn)行診斷。

跳轉(zhuǎn)官網(wǎng)地址

這個(gè)工具可以協(xié)助完成下面這些事情(轉(zhuǎn)自官網(wǎng))：

1. 這個(gè)類是從哪個(gè)jar包加載而來(lái)的?
2. 為什么會(huì)報(bào)各種類相關(guān)的Exception?
3. 線上遇到問(wèn)題無(wú)法debug好蛋疼，難道只能反復(fù)通過(guò)增加System.out或通過(guò)加日志再重新發(fā)布嗎?
4. 線上的代碼為什么沒(méi)有執(zhí)行到這里?是由于代碼沒(méi)有commit?還是搞錯(cuò)了分支?
5. 線上遇到某個(gè)用戶的數(shù)據(jù)處理有問(wèn)題，但線上同樣無(wú)法 debug，線下無(wú)法重現(xiàn)。
6. 是否有一個(gè)全局視角來(lái)查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀況?
7. 有什么辦法可以監(jiān)控到JVM的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)?

Arthas采用命令行交互模式，同時(shí)提供豐富的Tab自動(dòng)補(bǔ)全功能，進(jìn)一步方便進(jìn)行問(wèn)題的定位和診斷。

Arthas提供在線教程，相比一般的開(kāi)源產(chǎn)品，上手真的很贊。

arthas實(shí)現(xiàn)熱更新

使用Arthas三個(gè)命令就可以搞定熱更新

 
 
 
 

  
  
  
  
jad --source-only com.example.demo.arthas.user.UserController > /tmp/UserController.java 
  
  
  
  
mc /tmp/UserController.java -d /tmp 
  
  
  
  
redefine /tmp/com/example/demo/arthas/user/UserController.class 
 
 
 
 

1. jad命令反編譯，然后可以用其它編譯器，比如vim來(lái)修改源碼
2. mc命令來(lái)內(nèi)存編譯修改過(guò)的代碼
3. 用redefine命令加載新的字節(jié)碼

JVM熱更新的局限

基于Attach機(jī)制實(shí)現(xiàn)的熱更新，更新類需要與原來(lái)的類在包名，類名，修飾符上完全一致，否則在classRedefine過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生classname don't match 的異常。

例如顯示這樣的報(bào)錯(cuò)：redefineClasses exception class redefinition failed: attempted to delete a method.

具體來(lái)說(shuō)，JVM熱更新局限總結(jié)：

1. 函數(shù)參數(shù)格式不能修改，只能修改函數(shù)內(nèi)部的邏輯
2. 不能增加類的函數(shù)或變量
3. 函數(shù)必須能夠退出，如果有函數(shù)在死循環(huán)中，無(wú)法執(zhí)行更新類(筆者實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，死循環(huán)跳出之后，再執(zhí)行類的時(shí)候，才會(huì)是更新類)

最后，限于筆者經(jīng)驗(yàn)水平有限，歡迎讀者就文中的觀點(diǎn)提出寶貴的建議和意見(jiàn)。

網(wǎng)站欄目：一文搞定Java熱更新
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