基於SPI的增強式外掛框架設計
本文的技術，從雙親委派模型到自定義類載入器，再到基於自定義類載入器實現的類交換，基於 Java SPI 實現的類交換，最後到基於 Java SPI+ Java Agent + Javassist 實現的外掛框架及框架支援遠端外掛化，來一步一步的向讀者展示所涉及的知識點。
很久之前，為了診斷線上的問題，就想要是能有工具可以線上上出問題的時候，放個診斷包進去馬上生效，就能看到線上問題的所在，那該是多麼舒服的事情。後來慢慢的切換到 java 領域後，這種理想也變成了現實，小如 IDEA 中更改頁面就能馬上生效，大如利用 Althas 工具進行線上資料診斷，可謂是信手拈來，極大的方便了開發和診斷。後來深入研究之後，就慢慢的不滿足框架本身帶來的便利了，造輪子的想法慢慢在腦中揮之不去，這也是本文產生的原因了。接下來，你無需準備任何前置知識，因為我已經為你準備好了 ClassLoader 甜點，Javassist 配菜，JavaAgent 高湯，手寫外掛載入器框架主食，外加 SPI 知識做調料，且讓我們整理餐具，開始這一道頗有點特色的吃播旅程吧。
雙親委派模型
開始前，讓我們先聊聊雙親委派這個話題，因為無論是做熱部署，還是做位元組碼增強，甚至於日常的編碼，這都是繞不開的一個話題。先看如下圖示：
從如上圖示，我們可以看到雙親委派模型整體的工作方式，整體講解如下：
類載入器的 findClass (loadClass) 被呼叫
- 進入 App ClassLoader 中，先檢查快取中是否存在，如果存在，則直接返回
- 步驟 2 中的快取中不存在，則被代理到父載入器，即 Extension ClassLoader
- 檢查 Extension ClassLoader 快取中是否存在
- 步驟 4 中的快取中不存在，則被代理到父載入器，即 Bootstrap ClassLoader
- 檢查 Bootstrap ClassLoader 快取中是否存在
- 步驟 6 中的快取中不存在，則從 Bootstrap ClassLoader 的類搜尋路徑下的檔案中尋找，一般為 rt.jar 等，如果找不到，則丟擲 ClassNotFound Exception
- Extension ClassLoader 會捕捉 ClassNotFound 錯誤，然後從 Extension ClassLoader 的類搜尋路徑下的檔案中尋找，一般為環境變數 $JRE_HOME/lib/ext 路徑下，如果也找不到，則丟擲 ClassNotFound Exception
- App ClassLoader 會捕捉 ClassNotFound 錯誤，然後從 App ClassLoader 的類搜尋路徑下的檔案中尋找，一般為環境變數 $CLASSPATH 路徑下，如果找到，則將其讀入位元組陣列，如果也找不到，則丟擲 ClassNotFound Exception。如果找到，則 App ClassLoader 呼叫 defineClass () 方法。
透過上面的整體流程描述，是不是感覺雙親委派機制也不是那麼難理解。本質就是先查快取，快取中沒有就委託給父載入器查詢快取，直至查到 Bootstrap 載入器，如果 Bootstrap 載入器在快取中也找不到，就拋錯，然後這個錯誤再被一層層的捕捉，捕捉到錯誤後就查自己的類搜尋路徑，然後層層處理。
自定義 ClassLoader
瞭解了雙親委派機制後，那麼如果要實現類的熱更換或者是 jar 的熱部署，就不得不涉及到自定義 ClassLoader 了，實際上其本質依舊是利用 ClassLoader 的這種雙親委派機制來進行操作的。遵循上面的流程，我們很容易的來實現利用自定義的 ClassLoader 來實現類的熱交換功能：
public class CustomClassLoader extends ClassLoader { //需要該類載入器直接載入的類檔案的基目錄
private String baseDir; public CustomClassLoader(String baseDir, String[] classes) throws IOException { super(); this.baseDir = baseDir;
loadClassByMe(classes);
} private void loadClassByMe(String[] classes) throws IOException { for (int i = 0; i < classes.length; i++) {
findClass(classes[i]);
}
} /**
* 重寫findclass方法
*
* 在ClassLoader中，loadClass方法先從快取中找，快取中沒有，會代理給父類查詢，如果父類中也找不到，就會呼叫此使用者實現的findClass方法
*
* @param name
* @return
*/
@Override
protected Class findClass(String name) {
Class clazz = null;
StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer(baseDir);
String className = name.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
stringBuffer.append(File.separator + className);
File classF = new File(stringBuffer.toString()); try {
clazz = instantiateClass(name, new FileInputStream(classF), classF.length());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} return clazz;
} private Class instantiateClass(String name, InputStream fin, long len) throws IOException { byte[] raw = new byte[(int) len];
fin.read(raw);
fin.close(); return defineClass(name, raw, 0, raw.length);
}
}
這裡需要注意的是，在自定義的類載入器中，我們可以覆寫 findClass，然後利用 defineClass 載入類並返回。
上面這段程式碼，我們就實現了一個最簡單的自定義類載入器，但是能對映出雙親委派模型呢？
首先點開 ClassLoader 類，在裡面翻到這個方法：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
{ synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) { // ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
} if (c == null) { // If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name); // this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
} if (resolve) {
resolveClass(c);
} return c;
}
}
如果對比著雙親委派模型來看，則 loadClass 方法對應之前提到的步驟 1-8，點進去 findLoadedClass 方法，可以看到底層實現是 native 的 native final Class<?> findLoadedClass0 方法，這個方法會從 JVM 快取中進行資料查詢。後面的分析方法類似。
而自定義類載入器中的 findClass 方法，則對應步驟 9：
複製
clazz = instantiateClass(name, new FileInputStream(classF), classF.length());//省略部分邏輯return defineClass(name, raw, 0, raw.length);
看看，整體是不是很清晰？
自定義類載入器實現類的熱交換
寫完自定義類載入器，來看看具體的用法吧，我們建立一個類，擁有如下內容：
package com.tw.client;public class Foo { public Foo() {
} public void sayHello() {
System.out.println("hello world22222! (version 11)");
}
}
顧名思義，此類只要呼叫 sayHello 方法，便會列印出 hello world22222! (version 11) 出來。
熱交換處理過程如下：
public static void main(String[] args) throws Exception { while (true) {
run();
Thread.sleep(1000);
}
} /**
* ClassLoader用來載入class類檔案的,實現類的熱替換
* 注意，需要在swap目錄下，一層層建立目錄com/tw/client/，然後將Foo.class放進去
* @throws Exception
*/
public static void run() throws Exception {
CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader("swap", new String[]{"com.tw.client.Foo"});
Class clazz = customClassLoader.loadClass("com.tw.client.Foo");
Object foo = clazz.newInstance();
Method method = foo.getClass().getMethod("sayHello", new Class[]{});
method.invoke(foo, new Object[]{});
}當我們執行起來後，我們會將提前準備好的另一個 Foo.class 來替換當前這個，來看看結果吧（直接將新的 Foo.class 類複製過去覆蓋即可）：
hello world22222! (version 11)hello world22222! (version 11)hello world22222! (version 11)hello world22222! (version 11)hello world22222! (version 11)hello world2222! (version 2)hello world2222! (version 2)hello world2222! (version 2)hello world2222! (version 2)
可以看到，當我們替換掉原來執行的類的時候，輸出也就變了，變成了新類的輸出結果。整體類的熱交換成功。
不知道我們注意到一個細節沒有，在上述程式碼中，我們先建立出 Object 的類物件，然後利用 Method.invoke 方法來呼叫類：
有人在這裡會疑惑，為啥不直接轉換為 Foo 類，然後呼叫類的 Foo.sayHello 方法呢？像下面這種方式：
Foo foo2 = (Foo) clazz.newInstance();foo2.sayHello();
這種方式是不行的，但是大家知道為啥不行嗎？
我們知道，我們寫的類，一般都是被 AppClassloader 載入的，也就是說，你寫在 main 啟動類中的所有類，只要你寫出來，那麼就會被 AppClassloader 載入，所以，如果這裡我們強轉為 Foo 型別，那鐵定是會被 AppClassloader 載入的，但是由於我們的 clazz 物件是由 CustomerClassloader 載入的，所以這裡就會出現這樣的錯誤：
java.lang.ClassCastException: com.tw.client.Foo cannot be cast to com.tw.client.Foo
那有什麼方法可以解決這個問題嗎？其實是有的，就是對 Foo 物件抽象出一個 Interface，比如說 IFoo，然後轉換的時候，轉換成介面，就不會有這種問題了：
IFoo foo2 = (IFoo) clazz.newInstance();foo2.sayHello();
透過介面這種方式，我們就很容易對執行中的元件進行類的熱交換了，屬實方便。
需要注意的是，主執行緒的類載入器，一般都是 AppClassLoader，但是當我們建立出子執行緒後，其類載入器都會繼承自其建立者的類載入器，但是在某些業務中，我想在子執行緒中使用自己的類載入器，有什麼辦法嗎？其實這裡也就是打斷雙親委派機制。
由於 Thread 物件中已經附帶了 ContextClassLoader 屬性，所以這裡我們可以很方便的進行設定和獲取：
//設定操作Thread t = Thread.currentThread();t.setContextClassLoader(loader);//獲取操作Thread t = Thread.currentThread();ClassLoader loader = t.getContextClassLoader();Class<?> cl = loader.loadClass(className);
SPI 實現類的熱交換
說完基於自定義 ClassLoader 來進行類的熱交換後，我們再來說說 Java 中的 SPI。說到 SPI 相信大家都聽過，因為在 java 中天生整合，其內部機制也是利用了自定義的類載入器，然後進行了良好的封裝暴露給使用者，具體的原始碼大家可以自定翻閱 ServiceLoader 類。
這裡我們寫個簡單的例子：
public interface HelloService { void sayHello(String name);
}public class HelloServiceProvider implements HelloService { @Override
public void sayHello(String name) {
System.out.println("Hello " + name);
}
}public class NameServiceProvider implements HelloService{ @Override
public void sayHello(String name) {
System.out.println("Hi, your name is " + name);
}
}
然後我們基於介面的包名 + 類名作為路徑，建立出 com.tinywhale.deploy.spi.HelloService 檔案到 resources 中的 META-INF.services 資料夾，裡面放入如下內容：
com.tinywhale.deploy.spi.HelloServiceProvidercom.tinywhale.deploy.spi.NameServiceProvider
然後在啟動類中執行：
public static void main(String...args) throws Exception { while(true) {
run();
Thread.sleep(1000);
}
} private static void run(){
ServiceLoader<HelloService> serviceLoader = ServiceLoader.load(HelloService.class); for (HelloService helloWorldService : serviceLoader) {
helloWorldService.sayHello("myname");
}
}
可以看到，在啟動類中，我們利用 ServiceLoader 類來遍歷 META-INF.services 資料夾下面的 provider，然後執行，則輸出結果為兩個類的輸出結果。之後在執行過程中，我們去 target 資料夾中，將 com.tinywhale.deploy.spi.HelloService 檔案中的 NameServiceProvider 註釋掉，然後儲存，就可以看到只有一個類的輸出結果了。
Hello mynameHi, your name is mynameHello mynameHi, your name is mynameHello mynameHi, your name is mynameHello mynameHello mynameHello mynameHello myname
這種基於 SPI 類的熱交換，比自己自定義載入器更加簡便，推薦使用。
自定義類載入器實現 Jar 部署
上面講解的內容，一般是類的熱交換，但是如果我們需要對整個 jar 包進行熱部署，該怎麼做呢？雖然現在有很成熟的技術，比如 OSGI 等，但是這裡我將從原理層面來講解如何對 Jar 包進行熱部署操作。
由於內建的 URLClassLoader 本身可以對 jar 進行操作，所以我們只需要自定義一個基於 URLClassLoader 的類載入器即可：
public class BizClassLoader extends URLClassLoader { public BizClassLoader(URL[] urls) { super(urls);
}
}
注意，我們打的 jar 包，最好打成 fat jar，這樣處理起來方便，不至於少打東西：
<plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-shade-plugin</artifactId> <version>2.4.3</version> <configuration> <!-- 自動將所有不使用的類排除--> <minimizeJar>true</minimizeJar> </configuration> <executions> <execution> <phase>package</phase> <goals> <goal>shade</goal> </goals> <configuration> <shadedArtifactAttached>true</shadedArtifactAttached> <shadedClassifierName>biz</shadedClassifierName> </configuration> </execution> </executions> </plugin>
之後，我們就可以使用了：
public static void main(String... args) throws Exception { while (true) {
loadJarFile();
Thread.sleep(1000);
}
} /**
* URLClassLoader 用來載入Jar檔案, 直接放在swap目錄下即可
*
* 動態改變jar中類，可以實現熱載入
*
* @throws Exception
*/
public static void loadJarFile() throws Exception {
File moduleFile = new File("swap\\tinywhale-client-0.0.1-SNAPSHOT-biz.jar");
URL moduleURL = moduleFile.toURI().toURL();
URL[] urls = new URL[] { moduleURL };
BizClassLoader bizClassLoader = new BizClassLoader(urls);
Class clazz = bizClassLoader.loadClass("com.tw.client.Bar");
Object foo = clazz.newInstance();
Method method = foo.getClass().getMethod("sayBar", new Class[]{});
method.invoke(foo, new Object[]{});
bizClassLoader.close();
}
啟動起來，看下輸出，之後用一個新的 jar 覆蓋掉，來看看結果吧：
複製
I am bar, Foo's sister, can you catch me ?????????????I am bar, Foo's sister, can you catch me ?????????????I am bar, Foo's sister, can you catch me ！！！！I am bar, Foo's sister, can you catch me ！！！！I am bar, Foo's sister, can you catch me ！！！！I am bar, Foo's sister, can you catch me ！！！！
可以看到，jar 包被自動替換了。當然，如果想解除安裝此包，我們可以呼叫如下語句進行解除安裝：
bizClassLoader.close();
需要注意的是，jar 包中不應有長時間執行的任務或者子執行緒等，因為呼叫類載入器的 close 方法後，會釋放一些資源，但是長時間執行的任務並不會終止。所以這種情況下，如果你解除安裝了舊包，然後馬上載入新包，且包中有長時間的任務，請確認做好業務防重，否則會引發不可知的業務問題。
由於 Spring 中已經有對 jar 包進行操作的類，我們可以配合上自己的 annotation 實現特定的功能，比如擴充套件點實現，外掛實現，服務檢測等等等等，用途非常廣泛，大家可以自行發掘。
上面講解的基本是原理部分，由於目前市面上有很多成熟的元件，比如 OSGI 等，已經實現了熱部署熱交換等的功能，所以很推薦大家去用一用。
說到這裡，相信大家對類的熱交換，jar 的熱部署應該有初步的概念了，但是這僅僅算是開胃小菜。由於熱部署一般都是和位元組碼增強結合著來用的，所以這裡我們先來大致熟悉一下 Java Agent 技術。
程式碼增強 技術拾憶
話說在 JDK 中，一直有一個比較重要的 jar 包，名稱為 rt.jar，他是 java 執行時環境中，最核心和最底層的類庫的來源。比如 java.lang.String, java.lang.Thread, java.util.ArrayList 等均來源於這個類庫。今天我們所要講解的角色是 rt.jar 中的 java.lang.instrument 包，此包提供的功能，可以讓我們在執行時環境中動態的修改系統中的類，而 Java Agent 作為其中一個重要的元件，極具特色。
現在我們有個場景，比如說，每次請求過來，我都想把 jvm 資料資訊或者呼叫量上報上來，由於應用已經上線，無法更改程式碼了，那麼有什麼辦法來實現嗎？當然有，這也是 Java Agent 最擅長的場合，當然也不僅僅只有這種場合，諸如大名鼎鼎的熱部署 JRebel，阿里的 arthas，線上診斷工具 btrace，UT 覆蓋工具 JaCoCo 等，不一而足。
在使用 Java Agent 前，我們需要了解其兩個重要的方法：
/** * main方法執行之前執行，manifest需要配置屬性Premain-Class，引數配置方式載入 */public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst);/** * 程式啟動後執行，manifest需要配置屬性Agent-Class，Attach附加方式載入 */public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst);
還有個必不可少的東西是 MANIFEST.MF 檔案，此檔案需要放置到 resources/META-INF 資料夾下，此檔案一般包含如下內容：
Premain-class : main方法執行前執行的agent類.Agent-class : 程式啟動後執行的agent類.Can-Redefine-Classes : agent是否具有redifine類能力的開關，true表示可以，false表示不可以. Can-Retransform-Classes : agent是否具有retransform類能力的開關，true表示可以，false表示不可以. Can-Set-Native-Method-Prefix : agent是否具有生成本地方法字首能力的開關，trie表示可以，false表示不可以. Boot-Class-Path : 此路徑會被加入到BootstrapClassLoader的搜尋路徑.
在對 jar 進行打包的時候，最好打成 fat jar，可以減少很多不必要的麻煩，maven 加入如下打包內容：
<plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-shade-plugin</artifactId> <executions> <execution> <phase>package</phase> <goals> <goal>shade</goal> </goals> </execution> </executions> </plugin>
而 MF 配置檔案，可以利用如下的 maven 內容進行自動生成：
<plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId> <version>3.2.0</version> <configuration> <archive> <manifestFile>src/main/resources/META-INF/MANIFEST.MF</manifestFile> </archive> </configuration> </plugin>
工欲善其事必先利其器，準備好了之後，先來手寫個 Java Agent 嚐鮮吧，模擬 premain 呼叫，main 呼叫和 agentmain 呼叫。
首先是 premain 呼叫類 ，agentmain 呼叫類，main 呼叫類：
//main執行前呼叫public class AgentPre { public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
System.out.println("execute premain method");
}
}//main主方法入口public class App { public static void main(String... args) throws Exception {
System.out.println("execute main method ");
}
}//main執行後呼叫public class AgentMain { public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
System.out.println("execute agentmain method");
}
}
可以看到，邏輯很簡單，輸出了方法執行體中列印的內容。之後編譯 jar 包，則會生成 fat jar。需要注意的是，MANIFEST.MF 檔案需要手動建立下，裡面加入如下內容：
Manifest-Version: 1.0Premain-Class: com.tinywhale.deploy.javaAgent.AgentPreAgent-Class: com.tinywhale.deploy.javaAgent.AgentMain
由於程式碼是在 IDEA 中啟動，所以想要執行 premain，需要在 App4a 啟動類上右擊：Run App.main ()，之後 IDEA 頂部會出現 App 的執行配置，我們需要點選 Edit Configurations 選項，然後在 VM options 中填入如下命令：
-javaagent:D:\app\tinywhale\tinywhale-deploy\target\tinywhale-deploy-1.0-SNAPSHOT-biz.jar
之後啟動 App，就可以看到輸出結果了。注意這裡最好用 fat jar, 減少出錯的機率。
execute premain methodexecute main method
但是這裡的話，我們看不到 agentmain 輸出，是因為 agentmain 的執行，是需要進行 attach 的，這裡我們對 agentmain 進行 attach：
public class App { public static void main(String... args) throws Exception {
System.out.println("execute main method ");
attach();
} private static void attach() {
File agentFile = Paths.get("D:\\app\\tinywhale\\tinywhale-deploy\\target\\tinywhale-deploy-1.0-SNAPSHOT.jar").toFile(); try {
String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
String pid = name.split("@")[0];
VirtualMachine jvm = VirtualMachine.attach(pid);
jvm.loadAgent(agentFile.getAbsolutePath());
} catch (Exception e) {
System.out.println(e);
}
}
}
啟動 app 後，得到的結果為：
execute premain methodexecute main methodexecute agentmain method
可以看到，整個執行都被串起來了。
講到這裡，相信大家基本上理解 java agent 的執行順序和配置了吧， premain 執行需要配置 - javaagent 啟動引數，而 agentmain 執行需要 attach vm pid。
看到這裡，相信對 java agent 已經有個初步的認識了吧。接下來，我們就基於 Java SPI + Java Agent + Javassist 來實現一個外掛系統，這個外掛系統比較特殊的地方，就是可以增強 spring 框架，使其路徑自動註冊到 component-scan 路徑中，頗有點霸道（雞賊）的意思。Javassist 框架的使用方式。
外掛框架 玉汝於成
首先來說下這個框架的主體思路，使用 Java SPI 來做外掛系統；使用 Java Agent 來使得外掛可以在 main 主入口方法前或者是方法後執行；使用 Javassist 框架來進行位元組碼增強，即實現對 spring 框架的增強。
針對外掛部分，我們可以定義公共的介面契約：
public interface IPluginExecuteStrategy { /**
* 執行方法
* @param agentArgs
* @param inst
*/
void execute(String agentArgs, Instrumentation inst);
}
然後針對 premain 和 agentmain，利用策略模式進行組裝如下：
premain 處理策略類
public class PluginPreMainExecutor implements IPluginExecuteStrategy{ /**
* 掃描載入的plugin，識別出@PreMainCondition並載入執行
*/
@Override
public void execute(String agentArgs, Instrumentation inst) { //獲取前置執行集合
List<String> pluginNames = AgentPluginAnnotationHelper.annoProcess(PreMainCondition.class);
ServiceLoader<IPluginService> pluginServiceLoader = ServiceLoader.load(IPluginService.class); //只執行帶有PreMainCondition的外掛
for (IPluginService pluginService : pluginServiceLoader) { if (pluginNames.contains(pluginService.getPluginName())) {
pluginService.pluginLoad(agentArgs, inst);
}
}
}
}
agentmain 處理策略類
public class PluginAgentMainExecutor implements IPluginExecuteStrategy { /**
* 掃描載入的plugin，識別出@AgentMainCondition並載入執行
*/
@Override
public void execute(String agentArgs, Instrumentation inst) { //獲取後置執行集合
List<String> pluginNames = AgentPluginAnnotationHelper.annoProcess(AgentMainCondition.class);
ServiceLoader<IPluginService> pluginServiceLoader = ServiceLoader.load(IPluginService.class); for (IPluginService pluginService : pluginServiceLoader) { //只執行帶有AgentMainCondition的外掛
if (pluginNames.contains(pluginService.getPluginName())) {
pluginService.pluginLoad(agentArgs, inst);
}
}
}
}
針對 premain 和 agentmain，執行器工廠如下：
public class AgentPluginContextFactory { /**
* 建立agent pre執行上下文
* @return
*/
public static PluginExecutorContext makeAgentPreExecuteContext() {
IPluginExecuteStrategy strategy = new PluginPreMainExecutor();
PluginExecutorContext context = new PluginExecutorContext(strategy); return context;
} /**
* 建立agent main執行上下文
* @return
*/
public static PluginExecutorContext makeAgentMainExecuteContext() {
IPluginExecuteStrategy strategy = new PluginAgentMainExecutor();
PluginExecutorContext context = new PluginExecutorContext(strategy); return context;
}
}
編寫 Premain-Class 和 Agent-Class 指定的類：
public class AgentPluginPreWrapper { public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
AgentPluginContextFactory.makeAgentPreExecuteContext().execute(agentArgs, inst);
}
}public class AgentPluginMainWrapper { public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
AgentPluginContextFactory.makeAgentMainExecuteContext().execute(agentArgs, inst);
}
}
配置檔案中指定相應的類：
Manifest-Version: 1.0Premain-Class: org.tiny.upgrade.core.AgentPluginPreWrapperAgent-Class: org.tiny.upgrade.core.AgentPluginMainWrapperPermissions: all-permissionsCan-Retransform-Classes: trueCan-Redefine-Classes: true
框架搭好後，來編寫外掛部分，外掛的話，需要繼承自 org.tiny.upgrade.sdk.IPluginService 並實現：
@AgentMainCondition@Slf4jpublic class CodePadPluginServiceProvider implements IPluginService { @Override
public String getPluginName() { return "增強外掛";
} @Override
public void pluginLoad(String agentArgs, Instrumentation inst) { //獲取已載入的所有類
Class<?>[] classes = inst.getAllLoadedClasses(); if (classes == null || classes.length == 0) { return;
} //需要將業務類進行retransform一下，這樣可以避免在transform執行的時候，找不到此類的情況
for (Class<?> clazz : classes) { if (clazz.getName().contains(entity.getClassName())) { try {
inst.retransformClasses(clazz);
} catch (UnmodifiableClassException e) {
log.error("retransform class fail:" + clazz.getName(), e);
}
}
} //進行增強操作
inst.addTransformer(new ByteCodeBizInvoker(), true);
} @Override
public void pluginUnload() {
}
}
這裡需要注意的是，在外掛 load 的時候，我們做了 class retransform 操作，這樣操作的原因是因為，在程式啟動的時候，有時候比如一些類，會在 JavaAgent 之前啟動，這樣會造成有些類在進行增強的時候，無法處理，所以這裡需要遍歷並操作下，避免意外情況。
下面是具體的增強操作：
@Slf4jpublic class ByteCodeBizInvoker implements ClassFileTransformer { /**
* 在此處載入tprd-ut並利用類載入器載入
*
* @param loader
* @param className
* @param classBeingRedefined
* @param protectionDomain
* @param classfileBuffer
* @return
* @throws IllegalClassFormatException
*/
@Override
public byte[] transform(ClassLoader loader
, String className
, Class<?> classBeingRedefined
, ProtectionDomain protectionDomain
, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException { //java自帶的方法不進行處理
if (loader == null) { return null;
} //增強spring5的componetscan，將org.tiny路徑塞入
if (className.contains("ComponentScanBeanDefinitionParser")) { try {
System.out.println("增強spring");
ClassPool classPool = new ClassPool(true);
classPool.appendClassPath(ByteCodeBizInvoker.class.getName());
CtClass ctClass = classPool.get(className.replace("/", "."));
ClassFile classFile = ctClass.getClassFile();
MethodInfo methodInfo = classFile.getMethod("parse");
CtMethod ctMethod = ctClass.getDeclaredMethod("parse");
addComponentScanPackage(methodInfo, ctMethod); return ctClass.toBytecode();
} catch (Exception e) {
log.error("handle spring 5 ComponentScanBeanDefinitionParser error", e);
}
}
} /**
* 遍歷method，直至找到ReportTracer標記類
*
* @param ctMethod
*/
private void addComponentScanPackage(MethodInfo methodInfo, CtMethod ctMethod) throws CannotCompileException { final boolean[] success = {false};
CodeAttribute ca = methodInfo.getCodeAttribute();
CodeIterator codeIterator = ca.iterator(); //行遍歷方法體
while (codeIterator.hasNext()) {
ExprEditor exprEditor = new ExprEditor() { public void edit(MethodCall m) throws CannotCompileException {
String methodCallName = m.getMethodName(); if (methodCallName.equals("getAttribute")) { //將org.tiny追加進去
m.replace("{ $_ = $proceed($$); $_ = $_ + \",org.tiny.upgrade\"; }");
success[0] = true;
}
}
};
ctMethod.instrument(exprEditor); if (success[0]) { break;
}
}
}
}從上面可以看出，我們是修改了 spring 中的 ComponentScanBeanDefinitionParser 類，並將裡面的 parser 方法中將 org.tiny.upgrade 包掃描路徑自動註冊進去，這樣當別人整合我們的框架的時候，就無須掃描到框架也能執行了。
寫到這裡，相信大家對整體框架有個大概的認識了。但是這個框架有個缺陷，就是我的外掛 jar 寫完後，一定要放到專案的 maven dependency 中，然後打包部署才行。實際上有時候，我專案上線後，根本就沒有機會重新打包部署，那麼接下來，我們就透過自定義 Classloader 來讓我們的外掛不僅僅可以本地整合，而且可以從網路中整合。
首先，我們需要定義自定義類載入器：
public class TinyPluginClassLoader extends URLClassLoader { /**
* 帶參構造
* @param urls
*/
public TinyPluginClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent) { super(urls, parent);
} /**
* 新增URL路徑
* @param url
*/
public void addURL(URL url) { super.addURL(url);
}
}
這個類載入器，是不是很眼熟，和前面講的類似，但是帶了個 parent classloader 的標記，這是為什麼呢？這個標記的意思是，當前自定義的 TinyPluginClassLoader 的父 classloader 是誰，這樣的話，這個自定義類載入器就可以繼承父類載入器中的資訊了，避免出現問題，這個細節大家注意。
這裡需要說明的是，從本地 jar 檔案載入還是從網路 jar 檔案載入，本質上是一樣的，因為 TinyPluginClassLoader 是按照 URL 來的。
針對於本地 jar 檔案，我們構造如下 URL 即可：
URL url = new URL("jar:file:/D:/project/tiny-plugin-hello/target/tiny-plugin-hello-1.0-SNAPSHOT.jar!/")
針對於網路 jar 檔案，我們構造如下 URL 即可：
URL url = new URL("jar:http://111.111.111.111/tiny-plugin-hello-1.0-SNAPSHOT.jar!/")
這樣，我們只需要定義好自定義類載入器載入邏輯即可：
/**
* 從jar檔案中提取出對應的外掛類
*
* @param pluginClass
* @param jarFile
* @return
*/
public static Set<Class> loadPluginFromJarFile(Class pluginClass, JarFile jarFile, TinyPluginClassLoader tinyPluginClassLoader) {
Set<Class> pluginClasses = new HashSet<Class>();
Enumeration<JarEntry> jars = jarFile.entries(); while (jars.hasMoreElements()) {
JarEntry jarEntry = jars.nextElement();
String jarEntryName = jarEntry.getName(); if (jarEntryName.charAt(0) == '/') {
jarEntryName = jarEntryName.substring(1);
} if (jarEntry.isDirectory() || !jarEntryName.endsWith(".class")) { continue;
}
String className = jarEntryName.substring(0, jarEntryName.length() - 6); try {
Class clazz = tinyPluginClassLoader.loadClass(className.replace("/", ".")); if (clazz != null && !clazz.isInterface() && pluginClass.isAssignableFrom(clazz)) {
pluginClasses.add(clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
log.error("PluginUtil.loadPluginFromJarFile fail",e);
}
} return pluginClasses;
}
之後，我們就可以用如下程式碼對一個具體的 jar 路徑進行載入就行了：
/**
* 載入外掛
*
* @return
*/
@Override
public Set<Class> loadPlugins(URL jarURL) { try {
JarFile jarFile = ((JarURLConnection) jarURL.openConnection()).getJarFile();
getTinyPluginClassLoader().addURL(jarURL); return PluginUtil.loadPluginFromJarFile(IPluginService.class, jarFile, getTinyPluginClassLoader());
} catch (IOException e) {
log.error("LoadPluginViaJarStrategy.loadPlugins fail", e); return null;
}
}
最終，我們只需要利用 SPI 進行動態載入：
/**
* 執行外掛
*/
public void processPlugins(URL... urls) { if (urls == null || urls.length == 0) {
log.error("jar url path empty"); return;
} for (URL url : urls) {
pluginLoadFactory.loadJarPlugins(url);
}
ServiceLoader<IPluginService> serviceLoader = ServiceLoader.load(IPluginService.class, pluginLoadFactory.getPluginLoader()); for (IPluginService pluginService : serviceLoader) {
pluginService.Process();
}
}
這樣，我們不僅實現了外掛化，而且我們的外掛還支援從本地 jar 檔案或者網路 jar 檔案載入。由於我們利用了 agentmain 對程式碼進行增強，所以當系統檢測到我這個 jar 的時候，下一次執行會重新對程式碼進行增強並生效。
總結
到這裡，我們的用餐進入到尾聲了。也不知道這餐，您享用的是否高興？
其實本文的技術，從雙親委派模型到自定義類載入器，再到基於自定義類載入器實現的類交換，基於 Java SPI 實現的類交換，最後到基於 Java SPI+ Java Agent + Javassist 實現的外掛框架及框架支援遠端外掛化，來一步一步的向讀者展示所涉及的知識點。當然，由於筆者知識有限，疏漏之處，還望海涵，真誠期待我的拋磚，能夠引出您的玉石之言。
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