类加载器与类的热替换(Hotswap) |我的资源库露水湾

在 Java 应用开发中，经常会有的一个问题，需要在应用正在运行的过程中，把一个新实现的功能加到 class 中，并且不能停止当前的应用运行。也就是说，要实现类的热替换(Hotswap)。这一点，在 Java Web 应用中体现的更为明显，每次更新配置，更新 class，都需要重新启动服务器，重新加载这些改动，这一过程相当耗时。

那为什么不在应用服务器运行时，或者说 Java 的应用运行过程中，把 class 替换后实时生效呢？

这一点，是和 Class 的生命周期密切相关的。

任何一个使用到的 Class，都需要被 classLoader 加载到 JVM 中，这个加载的过程，又分为

defineClass
loadClass
resolveClass

即根据提供的不同形式的 class 文件的内容，转化成一个 Class，对其进行加载，链接。

而所谓的 hotswap，就是使用新的代码替换掉已经加载的这个 Class 中的内容。

我们这里使用 Javassist 来模拟类似的效果，通过动态的修改 class 内某个方法的内容，来实现热替换的效果。

基本步骤：
先定义一个接口，包含一个方法，该方法内的内容在后面用于热替换

定义一个接口的实现

在 Servlet 内接收页面上传入的参数，页面上的参数内容，则是具体上面接口定义方法及方法对应的方法体内容

在接收到参数后，根据参数内容，使用 Javassist 进行热替换的操作。

基本 Javassist 的代码大概是下面的样子：

ITemp test = new Temp();  // 声明一个接口
ClassPool pool = new ClassPool(true);

private ITemp hotswap(String str) {
        String methodBody = null;
        try {
  //添加到 classpath
            pool.insertClassPath(new ClassClassPath(ITemp.class));
            String className = "ITemp_" + UUID.randomUUID();

            CtClass clazz = pool.makeClass(className);
            clazz.setInterfaces(new CtClass[]{pool.get("com.xxxx.ITemp")});
            methodBody = str;
            clazz.addMethod(CtMethod.make(methodBody, clazz));

            ITemp fun = (ITemp) clazz.toClass().newInstance();
            calculatorClass.writeFile("d:/temp");
            return fun;

            } catch(Exception e) {
            
            }

在用的过程中，接收到参数后，把 hotswap 方法返回的实例再指给 test 这个实例。然后 test 内对应方法的执行已经改成在页面上传入的逻辑。

原理

上面的是怎么样实现的呢？

其实，上面的替换，实质上，是重新生成了一个 ITemp 这个接口的实现类，然后我们在页面上定义的，是这个实现类的方法中的内容。然后我们的替换，是把一个实现类的引用改成另一个。

在更新 Server 中 service 的引用，指向新的实现，旧的会在引用请求执行完成后会被释放。

另外一个

这时，一定有同学提起 JDK 默认支持的 Agent，这种基于 JVMTI 的实现。但是，这里需要注意的是，此时使用的是 Agent，如果使用其 pre_main，那么支持的是 Class 的 defineClass 执行前，对其进行所谓的增强或者是织入，类似于 OpenJPA 的 Enhance 和 AJP 的 weave。
这种相当于是把 class 内容在读到内容之后修改了一下，然后传给 classLoader 进行 defineClass。

而 JVMTI 在 JDK1.6 之后，支持的另外一种形式，是在应用已经部署启动之后，要进行类的改变的，使用的是 agent_main 方法，此时，需要对 class 进行retransform。像 Java 里一些常用的 Profiler 工具使用的就是这种，attach 到已经启动的 Java 进程，对其进行 retransform，例如 Btrace。

这里的 transform 会调用 Instrumention 的 RedefineClass，本质上是修改类的定义。我们以 Btrace 为例，来看他在背后做了什么。

我的 Trace 脚本内容如下：

@BTrace(unsafe=true)
public class TracingScript {
@OnMethod(clazz="com.xxx.WorkFun", method="myPrint")
public void sc() {
    println("===========");
  }
}