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Java类重新加载101:对象、类和类加载器

Java基础 AndroidChina 1691浏览 0评论

在这篇文章中,我们会回顾如何使用动态类加载器去重新加载一个Java类。在这个过程中,我们会看到对象、类和类加载器是怎么在一起配合的过程是怎样的。我们先来大概看一下问题,解释一下重新加载的过程,然后再以具体的示例来阐述典型的问题和解决方案。这个系列中的其他文章包括:

一个Jevgeni Kabanov的关于“你真的理解class loader吗?”的展示视频

概述

当说到重新加载Java代码时,首先需要理清的是类和对象之间的关系。所有Java代码都跟类中的方法关联。很简单,你可以把类当成接收”this”为第一个参数的一系列方法的集合。这个类和它所有的方法被加载到内存,并且被分配得到一个唯一的标识符。在Java API中,这个标识符由java.lang.Class的一个实例来表示,而你可以通过MyObject.class表达式来访问它。

每一个创建的对象都可以通过Object.getClass()方法来获取指向这个标识的引用。当调用对象方法时,JVM会查看类引用并调用特定类的方法。实际上就是,当你调用mo.method()(mo是MyObject的实例),JVM会调用mo.getClass().getDeclaredMethod("method").invoke(mo)(实际上JVM当然不是这样做的,但结果是一样的)。

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每一个Class对象和它的相应的classloader(MyObject.class.getClassLoader())关联。类加载器的最主要作用就是定义一个类作用域 — 在哪里可见,哪里不可见。这个域概念允许相同名称的类存在,只要它们是通过不同的类加载器加载。它同样也允许不同的类加载器加载一个更新版本的类。

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最主要的问题是:在Java的代码重新加载中,尽管你可以加载一个更新版本的类,但会得到一个完全不同的标识,而已存在的对象依然会指向之前版本的类。因此当调用那些对象方法时,它仍然执行的是老版本的。

让我们来假设一下,我们加载了一个新版本的MyObject类。假设老版本的为MyObject_1,新的那个为MyObject_2,同时假设MyObject_1中的MyObject.method()返回”1″,MyObject_2的返回”2″。如果mo2是MyObject_2的实例:

mo.getClass() != mo2.getClass()
mo.getClass().getDeclaredMethod("method").invoke(mo)
!= mo2.getClass().getDeclaredMethod("method").invoke(mo2)

mo.getClass().getDeclaredMethod("method").invoke(mo2) 抛出ClassCastException,因为momo2Class的标识不匹配。

这意味着任何有效的方法都必须创建一个新的mo2实例,而这个实例必须是mo的完全拷贝,并替换掉所有原有的mo的引用。想知道有多困难,试回想一下,你上次不得不换你的手机号码的时候。换号码本身很简单,但麻烦的是你需要确保你认识的每个人都知道用这个新号码。这跟对象一样复杂(实际上,除非你自己控制对象创建,否则是不可能的),而这里说的是你需要在同一个时间内更新很多个对象。

深入并尝试

让我们来看看代码层面会是怎样的。请记住,我们这里做的是通过另外一个类加载器加载一个新版本的类。我们使用的Example看起来就像这样:

public class Example implements IExample {
     private int counter;
     public String message() {
          return "Version 1";
     }
     public int plusPlus() {
          return counter++;
     }
     public int counter() {
          return counter;
     }
}

我们使用无限循环并打印出Example类信息的的main()方法。我们同样需要Example类的两个实例:example1在开始的时候创建一次,example2在每一次循环都重新创建:

public class Main {
     private static IExample example1;
     private static IExample example2;

     public static void main(String[] args) {
          example1 = ExampleFactory.newInstance();

          while (true) {
                example2 = ExampleFactory.newInstance();

                System.out.println("1) " + example1.message() + " = " + example1.plusPlus());
                System.out.println("2) " + example2.message() + " = " + example2.plusPlus());
                System.out.println();

                Thread.currentThread().sleep(3000);
         }
    }
}

IExample是一个拥有Example所有方法的接口。这是必须的,因为我们通过另外一个隔离的类加载器加载Example,所以Main不能直接使用它(否则会有ClassCastException)。

public interface IExample {
     String message();
     int plusPlus();
}

从这个例子中,你也许会惊讶创建动态类加载器怎么这么简单。如果我们去掉异常处理代码,精简后的代码如下:

public class ExampleFactory {
     public static IExample newInstance() {
     URLClassLoader tmp =
              new URLClassLoader(new URL[] {getClassPath()}) {
                    public Class loadClass(String name) {
                         if ("example.Example".equals(name))
                               return findClass(name);
                    return super.loadClass(name);
              }
     };

     return (IExample)
     tmp.loadClass("example.Example").newInstance();
    }
}

由于例子需要,方法getClassPath()可以返回一个固定的类路径(hardcoded classpath)。然而,在完整的代码中(参见后面的资源章节),你可以看到我们怎么使用ClassLoader.getResource()来做到自动适配的。

现在让我们来执行Main.main,在几个循环后,我们可以看到输出:

1) Version 1 = 3
2) Version 1 = 0

如我们所期望的,虽然第一个实例的counter被更新了,但第二个还是维持为”0″。如果我们修改Exampler.message()方法,使它返回”Version 2″。输出如下:

1) Version 1 = 4
2) Version 2 = 0

我们看到,第一个实例继续增加counter,但使用旧版本的类来输出版本信息。而第二个实例已经被更新,但所有的状态都已经丢失了。

为了改进这个,我们尝试为第二个实例重新构造状态。我们只需从前一个迭代中复制它即可。

首先我们为Example类添加一个新的copy方法(和对象的接口方法):

public IExample copy(IExample example) {
     if (example != null)
           counter = example.counter();
     return this;
}

接着我们更新Main.main()方法中创建第二个对象的那行代码:

example2 = ExampleFactory.newInstance().copy(example2);

等几个迭代后可以看到:

1) Version 1 = 3
2) Version 1 = 3

修改Example.message()方法使它返回”Version 2″输出:

1) Version 1 = 4
2) Version 2 = 4

你可以看到尽管用户可以看到第二个实例被更新,并且所有状态都被保留,但它涉及到手动进行状态的管理。不幸的是,Java API中没办法只更新现存的对象或者可以保存它的状态,因此我们只能求助于这种复制的解决方案了。

在接下来的文章中,我们会回顾OSGi, Tapestry 5, Grails和其他的web容器是怎么面对在重新加载类时的状态处理问题的,之后我们会深入HotSwap, 动态语言和Instrumentation API是怎么工作的,同样也会深入JRebel。

资源

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