Spring Loaded代碼熱更新實踐和原理分析
1、引言
開發(fā)者在編碼效率和快速迭代中的痛點場景包括：
1. 修改代碼后，需要頻繁重啟應(yīng)用，導(dǎo)致開發(fā)效率低下；
2. 實時調(diào)試時，不能立即看到代碼修改的結(jié)果；
3. 大型項目中，重啟的時間成本較高。
針對這些問題，本文將深入探討如何利用Spring Loaded熱更新技術(shù)提高開發(fā)效率，減少編譯和重啟時間。分析Spring Loaded的熱更新原理，以及實際應(yīng)用過程中所需的操作和注意事項。
2、框架簡介
Spring Loaded is a JVM agent for reloading class file changes whilst a JVM is running. It transforms classes at loadtime to make them amenable to later reloading. Unlike 'hot code replace' which only allows simple changes once a JVM is running (e.g. changes to method bodies), Spring Loaded allows you to add/modify/delete methods/fields/constructors. The annotations on types/methods/fields/constructors can also be modified and it is possible to add/remove/change values in enum types.
Spring Loaded 是一個 JVM 代理，可以在 JVM 運行時重新加載類文件的更改。它會在加載時轉(zhuǎn)換類，以便稍后重新加載。與“熱代碼替換”只允許在 JVM 運行時進(jìn)行簡單更改（例如更改方法體）不同，Spring Loaded 允許您添加/修改/刪除方法/字段/構(gòu)造函數(shù)。還可以修改類型/方法/字段/構(gòu)造函數(shù)上的注解，并且可以添加/刪除/更改枚舉類型中的值。
3、如何使用
3.1 下載Agent插件
https://repo1.maven.org/maven2/org/springframework/springloaded/1.2.8.RELEASE/springloaded-1.2.8.RELEASE.jar3.2 引入Agent插件
在jvm的啟動命令中添加以下參數(shù)
-javaagent:/Users/you/runtime/springloaded-1.2.8.RELEASE.jar -noverify3.3 修改并重新編譯
修改代碼后執(zhí)行Build->Recompile命令，可以看到在class reloaded完成后，程序的運行邏輯發(fā)生了變化
4、原理分析
4.1 代碼編譯分析
先來看一段源代碼，這是一個RpcService類，定義了target字段、targetStatic靜態(tài)字段和say方法，現(xiàn)在我們編譯它。
public class RpcService {
private String target = "rpc";
private static String targetStatic = "rpc static";
public String say() {
return "RpcService say hello SpringLoaded" + target;
}
}SpringLoaded對類編譯后添加了一些跟蹤記錄字段，添加方法攔截判斷。
public static ReloadableType r$type = TypeRegistry.getReloadableType(0, 1);
public transient ISMgr r$fields;
public static final SSMgr r$sfields;
public String hello() {
if (r$type.changed(0) == 1) {
return r$type.fetchLatest()).say(this);
}
String targetNew = TypeRegistry.instanceFieldInterceptionRequired(1, "target") ? (String)r$get(this, "target") : this.target;
return "RpcService say hello SpringLoaded" + targetNew;
}我們可以在代碼運行時，使用getDeclaredField、getDeclaredMethod等函數(shù)在運行時獲取類成員、方法信息，此時可以看到增強后的類多了如下字段和方法。
在編譯后的代碼中，我們可以看到RpcService類包含了一些新的字段和方法，這些都是Spring Loaded框架增加的。
?r$type是一個靜態(tài)變量，其類型為ReloadableType。這個字段用于表示當(dāng)前類的可重載類型，它包含了當(dāng)前類的最新字節(jié)碼和其他相關(guān)信息。
- r$get、r$set方法是用于獲取實例字段的值的方法，處理字段的攔截和替換。
- ___clinit___方法是用于執(zhí)行類的靜態(tài)初始化塊的方法。
- ___init___()方法是用于處理類的構(gòu)造函數(shù)的方法。
- 在say()方法中增加了一個代碼片段用于判斷類是否發(fā)生了變更，如果變更了，則調(diào)用最新的可重載類型中的say()方法獲取結(jié)果。否則，繼續(xù)執(zhí)行原有的方法體。在方法體中，也增加了一個代碼片段用于判斷本地變量是否需要攔截，如果需要，則使用r$get()方法獲取非靜態(tài)變量traget的值，并用它替換原有的變量值。
4.2 運行過程分析
1、在應(yīng)用程序啟動時，Spring Loaded在目標(biāo)類路徑中查找所有的類，并在ClassPreProcessor中使用自定義類加載器加載這些類，重新定義后存入TypeRegistry，用于緩存、變更對比和依賴關(guān)系維護(hù)。
2、注冊一個文件變化監(jiān)聽器FileChangeListener，當(dāng)一個類文件被修改后，Spring Loaded會檢測到這個變化，并重新加載該類文件。
3、當(dāng)一個類被重新加載時，Spring Loaded會嘗試對比類的簽名和繼承關(guān)系沒有改變，如果新的類定義與之前的類定義兼容，那么Spring Loaded會更新應(yīng)用程序中的對象引用，以指向新的類定義。
5、總結(jié)
Spring-loaded 使用 Java 的 Instrumentation API 在 JVM 啟動時指定 Agent，使它能夠在目標(biāo)類加載之前進(jìn)行攔截，并將目標(biāo)類的字節(jié)碼通過 ASM 庫解析成抽象語法樹（AST），然后對 AST 進(jìn)行修改。修改的內(nèi)容包括增加、刪除、替換方法，修改方法體，添加字段等，最終替換目標(biāo)類，改變其邏輯，實現(xiàn)對代碼的熱更新。
6、擴(kuò)展內(nèi)容
- Jrebel也可以實現(xiàn)類似熱更新功能，并且它更高效、穩(wěn)定。jrebel官網(wǎng)
- Spring-boot-devtools也可以提升開發(fā)速度，但是它的方案更像是熱重啟。Spring Boot Devtools Restarter 原理
- 如何自己實現(xiàn)一個熱更新功能呢？思路大同小異，實現(xiàn)各有千秋。如何自己實現(xiàn)一個熱加載？如何定義自己的類加載器？
作者：京東零售 程嘯
來源：京東云開發(fā)者社區(qū)
