Java使用自定义类加载器实现热部署

// 2020-08-01：之前的代码 findClass 写成 loadClass 了，弄错了。

热部署：

热部署就是在不重启应用的情况下，当类的定义即字节码文件修改后，能够替换该Class创建的对象。一般情况下，类的加载都是由系统自带的类加载器完成，且对于同一个全限定名的java类，只能被加载一次，而且无法被卸载。可以使用自定义的 ClassLoader 替换系统的加载器，创建一个新的 ClassLoader，再用它加载 Class，得到的 Class 对象就是新的（因为不是同一个类加载器），再用该 Class 对象创建一个实例，从而实现动态更新。如：修改 JSP 文件即生效，就是利用自定义的 ClassLoader 实现的。

还需要创建一个守护线程，不断地检查class文件是否被修改过，通过判断文件的上次修改时间实现。

演示：

原来的程序：

修改后重新编译：

代码：

dynamic.ClassLoader：

package dynamic;

import java.io.*;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ClassLoadStudy {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HotDeploy hot = new HotDeploy("dynamic.Task");
        hot.monitor();
        while (true) {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            hot.getTask().run();
        }
    }
}

/**
 * 热部署类
 */
class HotDeploy {
    private static volatile Runnable instance;
    private final String FILE_NAME;
    private final String CLASS_NAME;

    public HotDeploy(String name) {
        CLASS_NAME = name; // 类的完全限定名
        name = name.replaceAll("\.", "/") + ".class";
        FILE_NAME = (getClass().getResource("/") + name).substring(6); // 判断class文件修改时间使用，substring(6)去掉开头的file:/
    }

    /**
     * 获取一个任务
     * @return
     */
    public Runnable getTask() {
        if (instance == null) { // 双重检查锁，单例，线程安全
            synchronized (this) {
                if (instance == null) {
                    try {
                        instance = createTask();
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    /**
     * 创建一个任务，重新加载 class 文件
     */
    private Runnable createTask() {
        try {
            Class<?> clazz = new MyClassLoader(null).loadClass(CLASS_NAME);
            if (clazz != null)
                return (Runnable)clazz.newInstance();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }


    /**
     * 监视器，监视class文件是否被修改过，如果是的话，则重新加载
     */
    public void monitor() {
        Thread t = new Thread(()->{
            try {
                long lastModified = Files.getLastModifiedTime(Path.of(FILE_NAME)).toMillis();
                while(true) {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    long now = Files.getLastModifiedTime(Path.of(FILE_NAME)).toMillis();
                    if(now != lastModified) { // 如果class文件被修改过了
                        System.out.println("yes");
                        lastModified = now;
                        instance = createTask(); // 重新加载
                    }
                }
            } catch (InterruptedException | IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        t.setDaemon(true); // 守护进程
        t.start();
    }


    /**
     * 自定义类加载器
     */
    private class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private MyClassLoader(ClassLoader parent) {
            super(parent);
        }

        @Override
        public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] b = Files.readAllBytes(Path.of(FILE_NAME));
                return defineClass(name, b, 0, b.length);
            } catch (IOException e) {
                throw new ClassNotFoundException(name);
            }
        }
    }
}

动态改变的 Task 类，dynamic.Task：

package dynamic;

public class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.print("=> ");
    }
}

遇到的坑：

刚开始自定义类加载器时，重写的是 loadClass(String name) 方法，但不断地报错，后来明白了，因为 Task 类实现了 Java.lang.Runnable 接口，且重写 loadClass 方法破坏了双亲委派机制，导致了自定义的类加载器去加载 java.lang.Runnable，但被Java安全机制禁止了所以会报错。defineClass调用preDefineClass，preDefineClass 会检查包名，如果以java开头，就会抛出异常，因为让用户自定义的类加载器来加载Java自带的类库会引起混乱。

于是又重写findClass 方法，但还是不行，findClass方法总是得不到执行，因为编译好的类是在 classpath 下的，而自定义的 ClassLoader 的父加载器是 AppClassLoader，由于双亲委派机制，类就会被 Application ClassLoader来加载了。因此自定义的 findClass 方法就不会被执行。解决方法是，向构造器 ClassLoader(ClassLoader parent) 传入null，或传入 getSystemClassLoader().getParent()，这样就可以保证，目标类被自定义加载器加载，而java.lang.Runnable被BootStrap类加载器加载了。当然，如果被加载的类如果不在classpath下，就不会出现这些问题了。

还有就是路径问题：

path不以 / 开头时，默认是从此类所在的包下取资源；path 以 / 开头时，则是从ClassPath根下获取；
- URL getClass.getResource(String path)
- InputStream getClass().getResourceAsStream(String path)
- getResource("") 返回当前类所在的包的路径
- getResource("/") 返回当前的 classpath 根据路径
path 不能以 / 开始，path 是从 classpath 根开始算的，因为classloader 不是用户自定义的类，所以没有相对路径的配置文件可以获取，所以默认都是从哪个classpath 路径下读取，自然就没有必要以 / 开头了。
- URL Class.getClassLoader().getResource(String path)
- InputStream Class.getClassLoader().getResourceAsStream(String path)