Java ClassLoader虛擬類實現程式碼熱替換的範例程式碼

總結

1. 類載入器是負責載入類的物件。類ClassLoader是一個抽象類。給定類的全限定類名，類載入器應嘗試查詢或生成構成該類定義的資料Class檔案。典型的策略是將名稱轉換為檔名，然後從檔案系統中讀取該名稱的類檔案
2. 每個Class物件都包含一個Class.getClassLoader()方法可以獲取到定義它的ClassLoader
3. 陣列類的Class物件不是由類載入器建立的，而是根據Java執行時的要求自動建立的。getClassLoader()返回的陣列類的類裝入器與其元素型別的類裝入器相同,如果元素型別是基礎型別，則陣列類沒有類裝入器。
4. 除了載入類之外，類載入器還負責定位資源。資源是一些資料（例如 .class檔案、設定資料或影象）。資源通常與應用程式或庫一起打包，以便可以通過應用程式或庫中的程式碼找到它們。
5. ClassLoader類使用委託模型來搜尋類和資源。ClassLoader的每個範例都有一個關聯的父類別載入器。當請求查詢類或資源時，ClassLoader範例通常會在嘗試查詢類或資源本身之前，將對該類或資源的搜尋委託給其父類別裝入器。
6. Java內建類載入器

1. 通常Java虛擬機器器以依賴於平臺的方式從本地檔案系統載入類。但是，有些類可能不是源於檔案；它們可能來自其他來源，如網路，也可能由應用程式構建。 方法defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)，將位元組陣列轉換為類class的範例。這個新定義的類的範例可以使用Class.newInstance()方法建立
2. 類載入器建立的物件的方法和建構函式可以參照其他類。為了確定參照的類，Java虛擬機器器呼叫最初建立該類的類載入器的loadClass方法

ClassLoader 虛擬類方法

實現程式碼熱替換

通過上面我們可以知道類載入流程是

1. loadClass方法會先呼叫getClassLoadingLock方法獲取鎖
2. 再呼叫findLoadedClass方法檢查類是否已載入，如果已經載入則直接獲取到該Class類物件，再判斷該Class類物件是否需要連結(resolve)，如果要連結進入resolveClass，連結完後直接返回。連結就是執行類載入過程中的驗證、準備、解析這些過程
3. 如果未載入，則往父載入器一直遞迴呼叫loadClass載入該類
4. 如果父載入器也載入不了該類，才呼叫findClass方法獲取Class物件而findClass是空方法由子類重寫
5. 其實現中會使用defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)方法，該可以將class檔案的位元組陣列轉為Class物件
6. 如果需要連結，最後使用resolveClass方法進行類的連結

實現

1. 如果我們要實現程式碼熱替換，那麼就要使用defineClass方法載入新的類，所以最簡單的實現就是直接使用defineClass方法將新的Class檔案位元組陣列轉為Class物件，再使用反射建立新物件並執行新方法
2. 但是defineClass是protected方法，所以我們只能繼承ClassLoader虛擬類才能呼叫該方法
3. 最好的規範就是繼承ClassLoader虛擬類，並實現其loadClass方法和findClass方法，並在loadClass方法中呼叫findClass方法，在findClass方法中再呼叫defineClass方法
4. 為了便於理解，直接拋棄規範，直接自己寫一個方法直接呼叫defineClass方法實現程式碼熱替換

專案結構，out是編譯出的class檔案目錄，由於Test就在src目錄下，沒有包名，則其全限定類名為Test

public class Test extends ClassLoader {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        while(true) {
            try {
                Test test = new Test();
                // 編譯後的class檔案位置 ./表示程式碼根目錄
                String classFile = "./out/production/Java_hot_replace/Test.class";
                FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile);
                byte[] bytes = new byte[1024*10];
                int len = fis.read(bytes);
                //將位元組陣列轉為Class類物件 Test為全限定類名
                Class clazz = test.defineClass("Test", bytes, 0 ,len);
                //使用反射根據新的Class物件建立新物件，並執行其printStr方法
                Object object = clazz.newInstance();
                Method m = object.getClass().getMethod("printStr", new Class[] {});
                m.invoke(object, new Object[] {});
                Thread.sleep(2000);
            } catch(Exception e) {
                e.printStackTrace();
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch(InterruptedException ex) {

                }
            }
        }
    }

    public void printStr() {
        System.out.println("A");
    }
}

啟動後修改程式碼，然後點重新編譯

可以看到程式碼被熱替換了

改進思考

• 正常實現流程應該為繼承ClassLoader虛擬類，並重寫其loadClass方法和findClass方法，並在loadClass方法中呼叫findClass方法，在findClass方法中再呼叫defineClass方法
• 實現熱替換應該是替換修改過的程式碼，則應當維護一個Map<String, Long> 儲存從全限定類名到上次檔案修改時間的對映，每次定時掃描Class檔案目錄或檢測到儲存快捷鍵Ctrl+s時觸發掃描，檔案的屬性也有上次修改時間，拿我們儲存的和檔案的屬性比較即可知道檔案是否修改，即是否需要重新載入Class類
• 熱替換產生了大量類資訊都儲存在jdk1.7的永久代，jdk1.8的元空間，如果無用的類資訊過多則會造成OOM，我們自定義類載入器和其產生的Class類物件，都可以通過置空(= null)使其不可達，然後呼叫System.gc()就可以解除安裝，即類似如下程式碼

public class Test extends ClassLoader {
   public static void main(String[] args) throws Exception {
     	MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
 	 	Class classLoaded = classLoader.loadClass("MyClass");
  	 	classLoaded = null; 
  		classLoader = null; 
  	 	System.gc();  
  	}
}

到此這篇關於Java ClassLoader虛擬類實現程式碼熱替換的範例程式碼的文章就介紹到這了,更多相關Java ClassLoader程式碼熱替換內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com！