一文搞定Java热更新
Java热更新在持续交付的时代,重新部署一个新的版本只需要点击一下按钮。但在有的情况下,重新部署过程可能比较复杂,停机是不被允许的。所以JVM提供了另外一种选择:在不重启应用的前提下进行小幅改动,又称热更新。 对于某些大型的应用来说,每次的重启都需要花费大量的时间成本,所以,如果能在不重启虚拟机的情况下更新一个类,在某些业务场景下变得十分重要。比如很多脚本语言就支持热替换,例如服务器端PHP,只要替换了PHP源文件,这种改动就会立即生效,无需重启服务器。 在Java开发领域,热更新一直是一个难以解决的问题,目前的Java虚拟机只能实现方法级别的热更新,对于整个类的结构修改,仍然需要重启虚拟机。 热更新的方法Java热更新一直不断地改进。 1.4开始JPDA引入了hotSwap机制(JPDA Enhancements),实现了debug时的method body的动态性。 1.5开始通过JVMTI实现的java.lang.instrument(Java Platform SE 8)的premain方式,实现了agent方式的动态性(JVM启动时指定agent)。 1.6增加了agentmain方式,实现了运行时动态性(通过The Attach API 绑定到具体VM)。其基本实现是通过JVMTI的retransformClass/redefineClass进行函数体级别的字节码更新,ASM、CGLib之类基本都是围绕这些在做动态性。 1.定义不同的classloader 在了解JVM ClassLoader之后(可以点击查看《Java类加载及对象创建过程详解》),可以通过定义不同的ClassLoader,监听文件变化后,通过新的ClassLoader加载新文件,然后做好相应的状态恢复,对旧ClassLoader进行卸载等动作。(旧classloader及加载的class类在没有实例引用的情况下,full gc时会被回收掉) Tomcat的动态部署就是监听war变化,然后调用StandardContext.reload(),用新的WebContextClassLoader实例来加载war,然后初始化servlet来实现。类似的实现还有OSGi等。 这种热更新的流程如下: 重新加载类的过程 2.agentmain 笔者的项目目前采用的这种形式,虽然笔者造过好多轮子,但笔者更看好Arthas这样的开源产品。。。 agentmain热更新的原理 为了实现Java进程A与进程B之间的本地通信,热更新的JVM进程使用VirutalMachine.attach(pid)来连接需要热更新的JVM进程,然后使用virtualMachine.loadAgent加载自定义的agent(笔者查看了Arthas源码,原理也大致相同)。这个通信通道成功建立之后,那么进程A就能通知进程B去执行某些操作,从而达到监控进程B或者控制进程B的某些行为的目的。如jstack、jmap等JDK自带的工具,基本都是通过Attach机制去达成各自想要的目的的。 JVM启动的时候,在JVM内部启动了一个监听线程,这个线程的名字叫“Signal Dispatcher”,该线程的作用是,监听并处理OS的信号。 信号是一种进程通信。如平常我们用的最多的就是 kill -9 ${pid}来杀死某个进程,kill进程通过向${pid}的进程发送一个编号为“9”号的信号,来通知系统强制结束${pid}的生命周期。) 至于attach实现,在Linux下时使用文件Socket进行进程通信(对同一个文件进行读写操作,以达到信息的交互和共享)。 更详细的原理,JVM大神寒泉子有篇文章《JVM源码分析之javaagent原理完全解读》,如点击无法跳转,请查看笔者CSDN博客原文来点击超链接。 3.Arthas Arthas是阿里巴巴最近开源出来的一个针对java的工具,主要是针对java的问题进行诊断。 跳转官网地址 这个工具可以协助完成下面这些事情(转自官网):
Arthas采用命令行交互模式,同时提供丰富的Tab自动补全功能,进一步方便进行问题的定位和诊断。 Arthas提供在线教程,相比一般的开源产品,上手真的很赞。 arthas实现热更新 使用Arthas三个命令就可以搞定热更新
JVM热更新的局限 基于Attach机制实现的热更新,更新类需要与原来的类在包名,类名,修饰符上完全一致,否则在classRedefine过程中会产生classname don't match 的异常。 例如显示这样的报错:redefineClasses exception class redefinition failed: attempted to delete a method. 具体来说,JVM热更新局限总结:
最后,限于笔者经验水平有限,欢迎读者就文中的观点提出宝贵的建议和意见。
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