编程语言Java的文章更新?

    作者:课课家教育更新于: 2019-09-24 16:00:33

    大神带你学编程,欢迎选课

    一文搞定java热更新。在过去的几十年间,大量的编程语言被发明、被取代、被修改或组合在一起。尽管人们多次试图创造一种通用的程序设计语言,却没有一次尝试是成功的。之所以有那么多种不同的编程语言存在的原因是,编写程序的初衷其实也各不相同;新手与老手之间技术的差距非常大,而且有许多语言对新手来说太难学;还有,不同程序之间的运行成本(runtime cost)各不相同。

     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。

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    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):

    1. 这个类是从哪个jar包加载而来的?
    2. 为什么会报各种类相关的Exception?
    3. 线上遇到问题无法debug好蛋疼,难道只能反复通过增加System.out或通过加日志再重新发布吗?
    4. 线上的代码为什么没有执行到这里?是由于代码没有commit?还是搞错了分支?
    5. 线上遇到某个用户的数据处理有问题,但线上同样无法 debug,线下无法重现。
    6. 是否有一个全局视角来查看系统的运行状况?
    7. 有什么办法可以监控到JVM的实时运行状态?

    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

    1. jad --source-only com.example.demo.arthas.user.UserController > /tmp/UserController.java 
    2. mc /tmp/UserController.java -d /tmp 
    3. redefine /tmp/com/example/demo/arthas/user/UserController.class 
    1. jad命令反编译,然后可以用其它编译器,比如vim来修改源码
    2. mc命令来内存编译修改过的代码
    3. 用redefine命令加载新的字节码

    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:

    1. 函数参数格式不能修改,只能修改函数内部的逻辑
    2. 不能增加类的函数或变量
    3. 函数必须能够退出,如果有函数在死循环中,无法执行更新类(笔者实验发现,死循环跳出之后,再执行类的时候,才会是更新类)

    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。

    高级语言的出现使得计算机程序设计语言不再过度地依赖某种特定的机器或环境。这是因为高级语言在不同的平台上会被编译成不同的机器语言,而不是直接被机器执行。最早出现的编程语言之一FORTRAN的一个主要目标,就是实现平台独立。

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