模块化Java：动态模块化
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模块化Java：动态模块化

2019-06-14

模块化Java：动态模块化

模块化Java：动态模块化

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在前一篇文章《模块化Java：静态模块化》中，我们接头了如何构建Java模 块并将其作为一个单独的JAR举办陈设。文中的例子给出了一个client和一个 server bundle（两者在同一个VM中），client通过工场要领找到server。在该 例子中，工场实例化了一个已知类，虽然也可以利用反射来获取一个处事实现； Spring就是大量运用这种技能把spring工具绑定在一起的。

在我们接头动态处事之前，有须要回首一下类路径，因为尺度Java代码和模 块化Java代码的区别之一就是依赖在运行时是如何绑定的。在此之后，我们还将 简朴接头一下类的垃圾接纳；假如你对此已很是熟悉，则可以跳过这部门内容。

Bundle ClassPath

对付一个普通Java措施，只有一个classpath——启动应用措施所利用的谁人 。该路径凡是是在呼吁行顶用-classpath选项指定的，可能通 过CLASSPATH 环 境变量来设定。Java类装载器在运行时理会类的时候会扫描此路径，无论这一过 程是静态地（已编译进代码）照旧动态地（利用反射及 class.forName()）。然 而，在运行时也可以利用多个类加载器；像Jetty和Tomcat这样的Web应用引擎都 是利用多个类加载器，以便支持应用热陈设。

在OSGi中，每个bundle都有其本身的类加载器。需要被其他bundle会见的类 则被委派（delegated）给这些其他bundle的类装载器。因此，尽量在传统应用 中，来自logging类库、client和server JAR中的类都是由同一个类加载器加载 的，但在OSGi模块系统中，他们都是由本身的类加载器加载的。

功效是，一个VM中有大概有多个类加载器，个中大概存在名字沟通的差异 Class的工具。也就是说，在同一个VM中，一个叫做 com.infoq.example.App的 类，其差异版本可以由com.infoq.example bundle的第1版和第2版同时输出。 Client bundle版本1利用该类的第1版，而client版本2利用该类的第2版。这在 模块化系统中相当普遍；在同一个VM中，有些代码大概需要装载一个类库的老版 本，同时更新点的代码（在另一个bundle中）却需要该类库的新版本。亏得OSGi 为你打点起这种依赖通报，确保不再呈现不兼容类激发的问题。

类的垃圾接纳

每个类都有一个对其类装载器的引用。因此假如想要从差异的bundle会见这 些类，不单要有对该类实例的引用，并且还要有对该类的类装载器的引用。当一 个bundle持有另一个bundle的类时，它也会将该bundle牢靠在内存中。在前篇文 章的例子中，client被牢靠到该server上。

在静态世界里，无论你是否把本身的类牢靠到其他类（或类库）都无所谓； 因为不会有什么变革。但是，在动态世界里，在运行时将类库或东西替换成新版 本就有大概了。这听起来大概有点巨大，可是在可热陈设应用的Web应用引擎早 期就呈现了（如Tomcat，最早宣布于1999年）。每个Web应用措施都绑定到 Servlet API的某个版本上，当其遏制时，装载该Web应用的类加载器也就废弃掉 了。当Web应用从头被陈设时，又建设了一个新的类加载器，新版类就由其装载 。只要servlet引擎没有保持对老版应用的引用，这些类就像其他Java工具一样 被垃圾接纳器接纳了。

并不是所有的类库都能意识到Java代码中大概存在类泄漏的问题，就像是内 存泄漏。一个典范的例子就是Log4J的addAppender()挪用，一旦其执行了，将会 把你的类绑定在Log4J bundle的生命周期上。纵然你的bundle遏制了，Log4J仍 将维对appender的引用，并继承发送日志事件（除非该bundle在遏制时恰内地调 用了removeAppender()要领）。

查找和绑定

为了成为动态，我们需要有一个能查找处事的机制，而不是耐久持有他们（ 以免bundle遏制）。这是通过利用简朴Java接口和POJO来实现的，也就是各人所 熟知的services（留意他们与WS-DeathStar或其他任何XML底层架构都没有干系 ；他们就是普通Java工具——Plain Old Java Objects）。

典范工场实现方法是利用从properties文件中获取的某种形式的类名，然后 用Class.forName()来实例化相应的类，OSGi则差异，它 维护了一个‘处事注册 器’，其实这是一个包括了类名和处事的映射列表。这样，OSGi系统就可以利用 context.getService(getServiceReference("java.sql.Driver"))，而不是 class.forName("com.example.JDBCDriver")来获取一个JDBC驱动器。这就把 client代码解放出来了，它不需知道任何特定客户端实现；相反，它可以在运行 时绑定任何可用驱动措施。移植到差异的数据库处事器也就很是简朴了，只需停 止一个模块并启动一个新模块；client甚至不需要从头启动，也不需要改变任何 设置。

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这样做是因为client只需知道其所需的处事的API（根基上都是接口，尽量 OSGi类型答允利用其他类）。在上述环境中，接口名是 java.sql.Driver；返回 的接话柄例是详细的数据库实现（不必相识是哪些类，编码在哪里）。另外，如 果处事不行用（数据库不存在，或数据库姑且停掉了），那么这个要了解返回 null以说明该处事不行用。

为了完全动态，返回功效不该被缓存。换句话说，每当需要处事的时候，需 要从头挪用getService。框架会在底层执行缓存操纵，因此不存在太大的机能 问题。但重要的是，它答允数据库处事在线被替换成新的处事，假如没有缓存代 码，那么下次挪用时，client将透明地绑定到新处事上。


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付诸实施

为了证明这一点，我们将建设一个用于缩写URL的OSGi处事。其思路是处事接 收一个长URL，如http://www.infoq.com/articles/modular-java-what-is-it， 将其转换为短点的URL，如http://tr.im/EyH1。该处事也可以被遍及应用在 Twitter这样的站点上，还可以用它来把长URL转成短的这样便签背后也写得下。 甚至像《新科学家》和《Macworld》这样的杂志也是用这些短URL来印刷媒体链 接的。

为了实现该处事，我们需要：

一个缩写处事的接口

一个注册为缩写实现的bundle

一个验证用client

尽量并没有克制把这些对象都放在同一个bundle中，可是我们照旧把他们分 别放在差异的bundle里。（即便他们在一个bundle中，最好也让bundle通过处事 来通讯，就仿佛他们处于差异的bundle一样；这样他们就可以利便地与其他处事 提供者举办集成。

把缩写处事接口与其实现（或client）分隔放在单独bundle中是很重要的。 该接口代表了client和server之间的‘共享代码’，这样，该接口在每个bundle 中城市加载。正因如此，每个bundle实际上都被牢靠到了该接口特定版本上，所 有处事都有配合的生命周期，将接口放在单独 bundle中（在整个OSGi VM生命周 期中都在运行），我们的client就可以自由变革。假如我们把该接口放在某个服 务实现的bundle中，那么该处事产生变革后我们就不能从头毗连到client上了。

shorten接口的manifest和实现如下：

Bundle-ManifestVersion:　2
Bundle-Name:　Shorten
Bundle-SymbolicName:　com.infoq.shorten
Bundle-Version:　1.0.0
Export-Package:　com.infoq.shorten
---
package　com.infoq.shorten;

public　interface　IShorten　{
　 public　String　shorten(String　url)　throws　IOException;
}

上面的例子成立了一个拥有单一接口（com.infoq.shorten.IShorten）的 bundle（com.infoq.shorten），并将其输出给client。参数是一个URL，返回一 个独一的压缩版URL。

和接口界说对比，实现就相对有趣一些了。尽量最近缩写名称的应用开始多 起来了，可是所有这些应用的祖师爷都是 TinyURL.com。（具有嘲讽意味的是， http://tinyurl.com实际上可以被压缩的更短http://ow.ly/AvnC）。如今较量 风行有：ow.ly、bit.ly、tr.im等等。这里并不是对这些处事全面先容，也不是 为其背书，我们的实现也可以利用其他同类处事。本文之所以利用TinyURL和 Tr.im，是由于他们都可以匿名基于GET提交，易于实现，除此之外没有其他原因 。

每种实现实际上都很是小；都以URL为参数（要缩写的对象）并返回新的压缩 过的文本：

package　com.infoq.shorten.tinyurl;
import　java.io.BufferedReader;
import　java.io.InputStreamReader;
import　java.net.URL;
import　com.infoq.shorten.IShorten;

public　class　TinyURL　implements　IShorten　{
　 private　static　final　String　lookup　=
　 "http://tinyurl.com/api-create.php?url=";
　 public　String　shorten(String　url)　throws　IOException　{
　 String　line　=　new　BufferedReader(
　　 new　InputStreamReader(
　　 new　URL(lookup　+　url).openStream())).readLine();
　 if(line　==　null)
　　 throw　new　IllegalArgumentException(
　　 "Could　not　shorten　"　+　url);
　 return　line;
　 }
}

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Tr.im的实现雷同，只需用http://api.tr.im/v1/trim_simple?url=替代 lookup的值即可。这两种实现的源代码别离在com.infoq.shorten.tinyurl和 com.infoq.shorten.trim bundle里。

那么，完成缩写处事的实现后，我们如何让其他措施会见它呢？为此，我们 需要把实现注册为OSGi框架的处事。BundleContext类的registerService (class,instance,properties)要领可以让我们界说一个处事以供后用，该要领 凡是在bundle的start()挪用期间被挪用。如上篇文章所讲，我们必需界说一个 BundleActivator。实现该类后，我们还要把Bundle-Activator放在MANIFEST.MF 里以便找到该实现。代码如下：

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Manifest-Version:　1.0
Bundle-ManifestVersion:　2
Bundle-Name:　TinyURl
Bundle-SymbolicName:　com.infoq.shorten.tinyurl
Bundle-Version:　1.0.0
Import-Package:　com.infoq.shorten,org.osgi.framework
Bundle-Activator:　com.infoq.shorten.tinyurl.Activator
---
package　com.infoq.shorten.tinyurl;
import　org.osgi.framework.BundleActivator;
import　org.osgi.framework.BundleContext;
import　com.infoq.shorten.IShorten;

public　class　Activator　implements　BundleActivator　{
　 public　void　start(BundleContext　context)　{
　 context.registerService(IShorten.class.getName(),
　　 new　TinyURL(),null);
　 }
　 public　void　stop(BundleContext　context)　{
　 }
}

尽量registerService()要领吸收一个字符串作为其第一个参数，并且 用"com.infoq.shorten.IShorten"也是可以的，可是最好照旧用 class.class.getName()这种形式，这样假如你重构了包或改变了类名，在编译 时就可发明问题。假如用字符串，举办了错误的重构，那么只有在运行时你才气 知道问题地址。

registerService()的第二个参数是实例自己。之所以将其与第一个参数分隔 ，是因为你可以将同一个处事实例输出给多个处事接口（假如需要带有版本的 API，这就有用了，你可以进化接口了）。别的，一个bundle输出同一范例的多 个处事也是有大概的。

最后一个参数是处事属性（service properties）。答允你给处事加上特别 元数据注解，好比标注优先级以表白该处事相对付其他处事的重要性，可能挪用 者体贴的其他信息（好比成果描写和厂商）。

只要该bundle一启动，缩写处事就可用了。当bundle遏制，框架将自动打消 处事注册。假如我们想要本身打消注册（例如说，对错误代码和网络接口不行用 所作出的响应）也很容易（用context.unregisterService()）。

利用处事

一旦处事起来并运行之后，我们就可以用client会见它了。假如运行的是 Equinox，你可以用services呼吁摆列所有已安装的处事，以及它们是由谁注册 的：

{com.infoq.shorten.IShorten}={service.id=27}
　 Registered　by　bundle:　com.infoq.shorten.trim-1.0.0　[1]
　 No　bundles　using　service.
{com.infoq.shorten.IShorten}={service.id=28}
　 Registered　by　bundle:　com.infoq.shorten.tinyurl-1.0.0　[2]
　 No　bundles　using　service.

在挪用处事处理惩罚URL之前，client需要理会处事。我们需要得到一个处事引用 ，它可以让我们查察处事自身内部的属性，然后操作其来得到我们感乐趣的处事 。但是，我们需要可以或许反复处理惩罚沟通及差异的URL，以便我们可以把它集成到 Equinox或Felix的shell里。实现如下：

package　com.infoq.shorten.command;
import　org.osgi.framework.BundleContext;
import　org.osgi.framework.ServiceReference;
import　com.infoq.shorten.IShorten;

public　class　ShortenCommand　{
　 protected　BundleContext　context;
　 public　ShortenCommand(BundleContext　context)　{
　 this.context　=　context;
　 }
　 protected　String　shorten(String　url)　throws　 IllegalArgumentException,　IOException　{
　 ServiceReference　ref　=
　　 context.getServiceReference(IShorten.class.getName());
　 if(ref　==　null)
　　 return　null;
　 IShorten　shorten　=　(IShorten)　context.getService(ref);
　 if(shorten　==　null)
　　 return　null;
　 return　shorten.shorten(url);
　 }
}

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当shorten要领被挪用时，上面这段措施将查找处事引用并得到处事工具。然 后我们可以把处事工具赋值给一个IShorten工具，并利用它与前面讲到的已注册 处事举办交互。留意这些都是在同一个VM中产生的；没有长途挪用，没有强制异 常，没有参数被序列化；只是一个POJO与另一个POJO对话。实际上，这里与最开 始class.forName()例子的独一区别是：我们如何得到shorten POJO。

为了在Equinox和Felix内里利用这一处事，我们需要放一些样板代码进去。 必需提一下，当我们界说manifest时，我们可以在 Felix和 Equinox呼吁行上声 明可选依赖，这样，当我们两者中任何一个安装之后，我们就可以运行了。（一 个更好的办理方案是将其陈设为单独的bundles，这样我们可以去掉选项；可是 假如bundle不存在，activator将会失败，因此无法启动）。Equinox和Felix特 定数令的源代码在com.infoq.shorten.command bundle中。

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假如我们安装了呼吁client bundle，我们将获得一个新呼吁，shorten，通 过OSGi shell可以挪用它。要运行该呼吁，需要先执行java -jar equinox.jar -console -noExit或java -jar bin/felix.jar，然后安装bundle，之后你就可 以利用该呼吁了：

java　-jar　org.eclipse.osgi_*　-console　-noExit　
osgi>　install　file:///tmp/com.infoq.shorten-1.0.0.jar
Bundle　id　is　1
osgi>　install　file:///tmp/com.infoq.shorten.command- 1.0.0.jar
Bundle　id　is　2
osgi>　install　file:///tmp/com.infoq.shorten.tinyurl- 1.0.0.jar
Bundle　id　is　3
osgi>　install　file:///tmp/com.infoq.shorten.trim-1.0.0.jar
Bundle　id　is　4
osgi>　start　1　2　3　4
osgi>　shorten　http://www.infoq.com
http://tinyurl.com/yr2jrn
osgi>　stop　3
osgi>　shorten　http://www.infoq.com
http://tr.im/Eza8

留意，在运行时TinyURL和Tr.im处事都是可用的，可是一次只能利用一种服 务。可以配置一个处事级别（service ranking），这是一个整数，取值范畴在 Integer.MIN_VALUE和Integer.MAX_VALUE之间，当处事最初注册时给 Constants.SERVICE_RANKING赋予相应值。值越大暗示级别越高，当需要处事时 ，会返回第一流此外处事。假如没有处事级别（默认值为 0），可能多个处事的 处事级别沟通，那么就利用自动分派的Constants.SERVICE_PID，大概是任意顺 序的一个处事。

另一个需留意的问题是：当我们遏制一个处事时，client会自动失败转移到 列表中的下一个处事。每当该呼吁执行时，它会获取（当前）处事来处理惩罚 URL压 缩需求。假如在运行期间处事提供措施产生了变革，不会影响呼吁的利用，只要 有此需求时有处事在就成。（假如你遏制了所有处事提供措施，处事查找将返回 null，这将会打印出相应的错误信息——好的代码应该确保措施可以或许防范返回服 务引用为null的环境产生。）

处事跟踪

除过每次查询处事外，还可以用ServiceTracker来取代做这一事情。这就跳 过了中间得到ServiceReference的几步，可是要求你在结构之后挪用open，以便 开始跟踪处事。

对付ServiceReference，可以挪用getService()得到处事实例。而 waitForService()则在处事不行用时阻塞一段时间（按照指定的timeout。假如 timeout为0，则永远阻塞）。我们可以如下从头实现shorten呼吁：

package　com.infoq.shorten.command;

import　java.io.IOException;
import　org.osgi.framework.BundleContext;
import　org.osgi.util.tracker.ServiceTracker;
import　com.infoq.shorten.IShorten;

public　class　ShortenCommand　{
　 protected　ServiceTracker　tracker;
　 public　ShortenCommand(BundleContext　context)　{
　 this.tracker　=　new　ServiceTracker(context,
　　 IShorten.class.getName(),null);
　 this.tracker.open();
　 }
　 protected　String　shorten(String　url)　throws　 IllegalArgumentException,
　　 IOException　{
　 try　{
　　 IShorten　shorten　=　(IShorten)
　　 tracker.waitForService(1000);
　　 if　(shorten　==　null)
　　 return　null;
　　 return　shorten.shorten(url);
　 }　catch　(InterruptedException　e)　{
　　 return　null;
　 }
　 }
}

利用Service Tracker的常见问题是在结构后健忘了挪用open()。除此之外， 还必需在MANIFEST.MF内部引入org.osgi.util.tracker包。

利用ServiceTracker来打点处事依赖凡是被认为是打点干系的好要领。在没 有利用处事的环境下，查找已输出的处事稍微有点巨大：好比， ServiceReference在其被理会为一个处事之前溘然变得不行用了。存在一个 ServiceReference的原因是，沟通实例可以或许在多个bundle间共享，并且它可以被 用来基于某些尺度（手工）过滤处事。并且，它还可以利用过滤器来限制可用服 务的荟萃。

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处事属性和过滤器

当一个处事注册时，可以将处事属性一起注册。大多环境部属性可觉得null ，可是也可以提供OSGi特定或关于URL的通用属性。譬喻，我们想给处事分级以 便区分优先级。我们可以注册Constants.SERVICE_RANKING（代表优先级的数值 ），作为最初注册进程的一部门。我们大概还想放一些 client想知道的元数据 ，好比处事的主页在哪儿，该站点的条款链接。为达此目标，我们需要修改 activator：

public　class　Activator　implements　BundleActivator　{
　 public　void　start(BundleContext　context)　{
　 Hashtable　properties　=　new　Hashtable();
　 properties.put(Constants.SERVICE_RANKING,　10);
　 properties.put(Constants.SERVICE_VENDOR,　"http://tr.im");
　 properties.put("home.page",　"http://tr.im");
　 properties.put("FAQ",　"http://tr.im/website/faqs");
　 context.registerService(IShorten.class.getName(),
　　 new　Trim(),　properties);
　 }
...
}

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处事级别自动由ServiceTracker及其他工具来打点，但也可以用特定条件来 过滤。Filter是由LDAP气势气魄的过滤器改编而来的，其利用了一种前缀暗示法 （prefix notation）来执行多个过滤。固然大都环境下你想提供类的名字 （Constants.OBJECTCLASS），但你也可以对值举办检讨（包罗限制持续变量的 取值范畴）。Filter是通过BundleContext建设的；假如你想跟踪实现了 IShorten接口的处事，而且界说一个FAQ，我们可以这样做：

...
public　class　ShortenCommand　
　 public　ShortenCommand(BundleContext　context)　{
　 Filter　filter　=　context.createFilter("(&"　+
　　 "(objectClass=com.infoq.shorten.IShorten)"　+
　　 "(FAQ=*))");
　 this.tracker　=　new　ServiceTracker(context,filter,null);
　 this.tracker.open();
　 }
　 ...
}

在界说处事时可以被过滤或可以配置的尺度属性包罗：

service.ranking (Constants.SERVICE_RANKING) – 整数，可以区分处事优 先级

service.id (Constants.SERVICE_ID) – 整数，在处事被注册时由框架自动 配置

service.vendor (Constants.SERVICE_VENDOR) – 字符串，表白处事出自谁 手

service.pid (Constants.SERVICE_PID) – 字符串，代表处事的PID （persistent identifier）

service.description (Constants.SERVICE_DESCRIPTION) – 处事的描写

objectClass (Constants.OBJECTCLASS) – 接口列表，处事被注册在哪些接 口下

过滤器语法在OSGi焦点类型的 3.2.7节 “Filter syntax”中有界说。最基 本的，它答允如便是（=）、约便是（~=）、大于便是、小于便是以及子字符串 较量等操纵符。括号将过流器分组，而且可以团结利用“&”、“|” 或“! ”别离代表and、or和not。属性名不是巨细写敏感的，值大概是（假如不消~=作 比的话）。“*”是通配符，可用来支持子字符串匹配，好比 com.infoq.*.*。

总结

本文中，我们先容了如何利用处事举办bundle间通信，以替代直接类引用的 要领。处事可以让模块系统动态化，这样就能应对在运行时处事的变革问题。我 们还打仗到了处事级别、属性及过滤器，并利用尺度处事跟踪器来更容易的会见 处事并跟踪变革的处事。我们将在下一部门先容如何用声明式处事使得处事的编 写越发容易。

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