JVM05--字节码与热部署

字节码技术

字节码技术应用场景

AOP技术、Lombok去除重复代码插件、动态修改class文件等

字节技术优势

Java字节码增强指的是在Java字节码生成之后，对其进行修改，增强其功能，这种方式相当于对应用程序的二进制文件进行修改。Java字节码增强主要是为了减少冗余代码，提高性能等。

实现字节码增强的主要步骤为：

1、修改字节码

在内存中获取到原来的字节码，然后通过一些工具（如 ASM，Javaasist）来修改它的byte[]数组，得到一个新的byte数组。

2、使修改后的字节码生效，有两种方法：

1） 自定义ClassLoader来加载修改后的字节码；

2）替换掉原来的字节码：在JVM加载用户的Class时，拦截，返回修改后的字节码；或者在运行时，使用Instrumentation.redefineClasses方法来替换掉原来的字节码

常见的字节码操作类库

BCEL

Byte Code Engineering Library(BCEL)，这是Apache Software Foundation的Jakarta项目的一部分。BCEL是Java classworking 广泛使用的一种框架，它可以让您深入jvm汇编语言进行类库操作的细节。BCEL与javassist有不同的处理字节码方法，BCEL在实际的jvm指令层次上进行操作(BCEL拥有丰富的jvm指令集支持) 而javassist所强调的是源代码级别的工作。

ASM

是一个轻量级Java字节码操作框架，直接涉及到JVM底层的操作和指令，高性能，高质量

CGLB

生成类库，基于ASM实现

javassist

是一个开源的分析，编辑和创建Java字节码的类库。性能较ASM差，跟cglib差不多，但是使用简单。很多开源框架都在使用它。

Javassist优势

– 比反射开销小，性能高。

–javassist性能高于反射，低于ASM

运行时操作字节码可以让我们实现如下功能：

– 动态生成 新的类

– 动态改变某个类的结构 ( 添加 / 删除 / 修改 新的属性 / 方法 )

javassist 的最外层的 API 和 JAVA 的反射包中的 API 颇为 类似 。

它 主要 由 CtClass ， CtMethod, ，以及 CtField 几个类组成。用以执行和 JDK 反射 API 中 java.lang.Class， java.lang.reflect.Method， java.lang.reflect.Method .Field 相同的 操作 。

方法操作

– 修改已有方法的方法体（插入代码到已有方法体）

– 新增方法 删除方法

javassist的局限性

JDK5.0 新语法不支持 ( 包括泛型、枚举 ) ，不支持注解修改，但可以通过底层的 javassist 类来解决，具体参考： javassist.bytecode.annotation

不支持数组的初始化，如 String[]{"1","2"} ，除非只有数组的容量为 1

不支持内部类和匿名类

不支持 continue 和 break表达式。

对于继承关系，有些不支持。例如

class A {}  

class B extends A {} 

class C extends B {} 

使用Javassist创建类

public static void main(String[] args)
			throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException,
			SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
		Class clazz = Class.forName("com.itmayiedu.Test0005");
		Object newInstance = clazz.newInstance();
		Method method = clazz.getDeclaredMethod("sum", int.class, int.class);
		Object invoke = method.invoke(newInstance, 1, 1);
	}

	public void sum(int a, int b) {
		System.out.println("sum:" + a + b);
	}

public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, NotFoundException, IOException {
		ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
		// 创建class文件
		CtClass userClass = pool.makeClass("com.itmayiedu.entity.User");
		// 创建id属性
		CtField idField = CtField.make("private Integer id;", userClass);
		// 创建name属性
		CtField nameField = CtField.make("private Integer name;", userClass);
		// 添加属性
		userClass.addField(idField);
		// 添加属性
		userClass.addField(nameField);
		// 创建方法
		CtMethod getIdMethod = CtMethod.make("public Integer getId() {return id;}", userClass);
		// 创建方法
		CtMethod setIdMethod = CtMethod.make("public void setId(Integer id) { this.id = id; }", userClass);
		// 添加方法
		userClass.addMethod(getIdMethod);
		// 添加方法
		userClass.addMethod(setIdMethod);
		// 添加构造器
		CtConstructor ctConstructor = new CtConstructor(new CtClass[] { CtClass.intType, pool.get("java.lang.String") },
				userClass);
		// 创建Body
		ctConstructor.setBody("	{this.id = id;this.name = name;}");
		userClass.addConstructor(ctConstructor);
		userClass.writeFile("F:/test");// 将构造好的类写入到F:\test 目录下
	}

使用Javassist修改类文件信息

public static void main(String[] args)
			throws NotFoundException, CannotCompileException, InstantiationException, IllegalAccessException,
			NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, IOException {
		ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
		// 需要加载类信息
		CtClass userClass = pool.get("com.itmayiedu.User");
		// 需要添加的方法
		CtMethod m = new CtMethod(CtClass.intType, "add", new CtClass[] { CtClass.intType, CtClass.intType },
				userClass);
		// 方法权限
		m.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
		// 方法体内容
		m.setBody("{System.out.println(\"Test003\"); return $1+$2;}");
		userClass.addMethod(m);
		userClass.writeFile("F:/test");// 将构造好的类写入到F:\test 目录下
		// 使用反射技术执行方法
		Class clazz = userClass.toClass();
		Object obj = clazz.newInstance(); // 通过调用User 无参构造函数
		Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", int.class, int.class);
		Object result = method.invoke(obj, 200, 300);
		System.out.println(result);
	}

 

热部署

对于Java应用程序来说，热部署就是在运行时更新Java类文件。

热部署的原理是什么

想要知道热部署的原理，必须要了解java类的加载过程。一个java类文件到虚拟机里的对象，要经过如下过程。

首先通过java编译器，将java文件编译成class字节码，类加载器读取class字节码，再将类转化为实例，对实例newInstance就可以生成对象。

类加载器ClassLoader功能，也就是将class字节码转换到类的实例。

在java应用中，所有的实例都是由类加载器，加载而来。

一般在系统中，类的加载都是由系统自带的类加载器完成，而且对于同一个全限定名的java类（如com.csiar.soc.HelloWorld），只能被加载一次，而且无法被卸载。

这个时候问题就来了，如果我们希望将java类卸载，并且替换更新版本的java类，该怎么做呢？

既然在类加载器中，java类只能被加载一次，并且无法卸载。那是不是可以直接把类加载器给换了？答案是可以的，我们可以自定义类加载器，并重写ClassLoader的findClass方法。想要实现热部署可以分以下三个步骤：

1、销毁该自定义ClassLoader

2、更新class类文件

3、创建新的ClassLoader去加载更新后的class类文件。

热部署与热加载

Java热部署与Java热加载的联系和区别

Java热部署与热加载的联系

1.不重启服务器编译/部署项目

2.基于Java的类加载器实现

 Java热部署与热加载的区别

部署方式

热部署在服务器运行时重新部署项目

热加载在运行时重新加载class

 实现原理

热部署直接重新加载整个应用

热加载在运行时重新加载class

 使用场景

热部署更多的是在生产环境使用

热加载则更多的实在开发环境使用

相关代码

User没有被修改类

public class User {
	public void add() {
		System.out.println("addV1,没有修改过...");
	}
}

User更新类

public class User {
	public void add() {
		System.out.println("我把之前的user add方法修改啦!");
	}
}

自定义类加载器

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
	@Override
	protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
		try {
			// 文件名称
			String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
			// 获取文件输入流
			InputStream is = this.getClass().getResourceAsStream(fileName);
			// 读取字节
			byte[] b = new byte[is.available()];
			is.read(b);
			// 将byte字节流解析成jvm能够识别的Class对象
			return defineClass(name, b, 0, b.length);
		} catch (Exception e) {
			throw new ClassNotFoundException();
		}
	}
}

更新代码

public class Hotswap {

	public static void main(String[] args)
			throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException,
			SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, InterruptedException {
		loadUser();
		System.gc();
		Thread.sleep(1000);// 等待资源回收
		// 需要被热部署的class文件
		File file1 = new File("F:\\test\\User.class");
		// 之前编译好的class文件
		File file2 = new File(
				"F:\\itmayiedujiangke2018-02-24\\itmayiedu_itmayiedu_day_17\\target\\classes\\com\\itmayiedu\\User.class");
		boolean isDelete = file2.delete();// 删除旧版本的class文件
		if (!isDelete) {
			System.out.println("热部署失败.");
			return;
		}
		file1.renameTo(file2);
		System.out.println("update success!");
		loadUser();
	}

	public static void loadUser() throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException,
			NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
		MyClassLoader myLoader = new MyClassLoader();
		Class class1 = myLoader.findClass("com.itmayiedu.User");
		Object obj1 = class1.newInstance();
		Method method = class1.getMethod("add");
		method.invoke(obj1);
		System.out.println(obj1.getClass());
		System.out.println(obj1.getClass().getClassLoader());
	}
}