在开发Java服务器应用时,我们最希望开发的应用能够支持热部署,即不需要重启系统就可以用新的应用替换旧的应用。
如果使用动态语言,这些功能比较容易实现。但Java是静态语言,是否也可实现动态热部署呢?
首先,我们要深入了解一下Java的类装载(Class Loading)机制,和垃圾回收(Garbage Collection)机制。其中class loading 将负责装载新的应用包;GC将负责卸载旧的应用包。
装载新应用包的方法比较简单,只需要定制一个ClassLoader,从指定路径装载.jar文件即可。
要卸载一个ClassLoader,则必须要同时卸载通过该ClassLoader 载入的类的所有实例, 简单将ClassLoader的引用置为null并希望GC回收的做法是无效的。然而,要想统计并记录所有该ClassLoader载入的类实例是不现实的。而且,应用的装载和卸载功能,是服务器Framework的一部分,而不是应用业务功能的一部分。因此,framework也无法知道业务应用中何时载入和创建了多少对象。
解决方法还是有的。因为GC回收Heap中那些unreachable的对象,追根溯源,所有对象的创建都是由活动线程中发起的, 即所谓的Root set of references. 因此一旦活动线程结束运行,则可以说,线程中所有对象的根引用不可用了,则由根应用创建的所有对象也变为unreachable.
因此可以做如下设计:
其中Server负责service的deploy和undeploy。
其中deploy的过程可简单描述为:创建一个daemon线程,设置其context classloader为Service Jar包的ClassLoader,起动该Daemon线程。
undeploy的过程可简单描述为:停止服务(service daemon thread),设置线程context classloader为null, 等带线程彻底结束后手动执行GC来回收对象和ClassLoader.
Service接口如下:
public interface Service {
public final static String ATTR_SERVICE_ID = "SERVICE-ID";
public final static String ATTR_SERVICE_CLASS = "SERVICE-CLASS";
public void install() throws ServiceException;
public void start() throws ServiceException;
public void stop() throws ServiceException;
public void uninstall() throws ServiceException;
public String getId();
}
服务管理器如下:
/**
*
* @author less
* Responsible for deploy and undeploy Services.
*/
public class ServiceManager {
private final static HashMap<String, ServiceThread> installedServices = new HashMap<String, ServiceThread>();
public final synchronized static String install(File jarService) throws Exception {
MyJarLoader loader = new MyJarLoader(jarService, MyJarLoader.class.getClassLoader());
Manifest manifest = loader.getManifest();
Attributes attrs = manifest.getAttributes("Service");
String svcId = attrs.getValue(Service.ATTR_SERVICE_ID);
if (installedServices.containsKey(svcId)) {
uninstall(svcId);
}
ServiceThread t = new ServiceThread();
t.setContextClassLoader(loader);
t.setDaemon(true);
t.start();
loader = null;
return svcId;
}
public final static void uninstall(File jarService) throws Exception {
MyJarLoader loader = new MyJarLoader(jarService, MyJarLoader.class.getClassLoader());
Manifest manifest = loader.getManifest();
Attributes attrs = manifest.getAttributes("Service");
String svcId = attrs.getValue(Service.ATTR_SERVICE_ID);
loader = null;
uninstall(svcId);
}
public final static void uninstall(String svcId) throws Exception {
ServiceThread t = installedServices.get(svcId);
if (t.getStatus() == ServiceThread.Status.RUNNING) {
t.stopService();
}
ServiceManager.getInstalledServices().remove(svcId);
t.destroyService();
t.setContextClassLoader(null);
while (t.isAlive()) {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
t = null;
System.gc();
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.gc();
}
static HashMap<String, ServiceThread> getInstalledServices() {
return installedServices;
}
}
/**
*
* @author less
* A Customer Service carrier.
*/
class ServiceThread extends Thread {
public static enum Status {
RUNNING, STOPPED
}
private Status status = Status.STOPPED;
private Service service = null;
public Status getStatus() {
return this.status;
}
@Override
public void run() {
try {
Manifest manifest = ((MyJarLoader) getContextClassLoader()).getManifest();
Attributes attrs = manifest.getAttributes("Service");
String svcId = attrs.getValue(Service.ATTR_SERVICE_ID);
this.setName(svcId);
String svcClass = attrs.getValue(Service.ATTR_SERVICE_CLASS);
Class<Service> c = (Class<Service>) getContextClassLoader().loadClass(svcClass);
service = c.newInstance();
c = null;
service.install();
ServiceManager.getInstalledServices().put(svcId, this);
startService();
stopService();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void stopService() {
if (this.status != Status.STOPPED) {
try {
service.stop();
this.status = Status.STOPPED;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
this.status = Status.RUNNING;
}
}
}
public void startService() {
if (this.status == Status.STOPPED) {
this.status = Status.RUNNING;
try {
service.start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
this.status = Status.STOPPED;
}
}
}
public void destroyService() {
try {
service.uninstall();
service = null;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
*
* @author less
*
*/
class MyJarLoader extends JarLoader {
public MyJarLoader(File file, ClassLoader parent) throws Exception {
super(file, parent);
System.out.println(this + " is created.");
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
destroy();
System.out.println(this + " is finalized.");
super.finalize();
}
}
示例服务代码,测试修改编译后重新部署:
/**
* @author less
*
*/
public class ExampleService1 implements Service {
private boolean bRun = true;
@Override
public void install() throws ServiceException {
System.out.println("== " + this + " is installed.");
}
@Override
public void start() throws ServiceException {
System.out.println("== " + this + " is started.");
//int i = 10000;
int i=0;
while (bRun) {
//System.out.println(this + " " + i--);
System.out.println(this + " " + i++);
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
System.out.println("== " + this + " is stopped.");
}
@Override
public void stop() throws ServiceException {
System.out.println("== Trying to stop " + this);
bRun = false;
Thread.currentThread().interrupt();
}
@Override
public void uninstall() throws ServiceException {
System.out.println("== " + this + " is uninstalled.");
}
@Override
public String getId() {
// TODO Auto-generated method stub
return null;
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
System.out.println(this + " - is finalized.");
super.finalize();
}
}
控制台输出如下:
Server started.
org.lucky.server.MyJarLoader@27b15692 is created.
== org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 is installed.
== org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 is started.
org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 10000
org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 9999
org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 9998
org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 9997
org.lucky.server.MyJarLoader@2f833eca is created.
== Trying to stop org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0
== org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 is uninstalled.
== org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 is stopped.
org.lucky.service.example.ExampleService1@4e76fba0 - is finalized.
org.lucky.server.MyJarLoader@27b15692 is finalized.
== org.lucky.service.example.ExampleService1@7b36a43c is installed.
== org.lucky.service.example.ExampleService1@7b36a43c is started.
org.lucky.service.example.ExampleService1@7b36a43c 0
org.lucky.service.example.ExampleService1@7b36a43c 1
org.lucky.service.example.ExampleService1@7b36a43c 2
org.lucky.service.example.ExampleService1@7b36a43c 3
由上述测试可见,通过这种方式,可以实现类动态加载和卸载以及热部署。
这个方法为Java类的动态加载/卸载提供了一个思路。由于它需要为每一个需要部署的服务起动一个线程,虽然该线程只负责装载和卸载服务,服务运行时并不消耗CPU,但会固定占用一定大小的内存。测试值为每线程约占用350k内存。因此服务多时,存在StackOverflowError的风险。
在JDK7中据说提供了anonymous classloading 机制来支持动态类加载/卸载。需要使用的同学可以关注一下。
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