阿里再开源!模块化开发框架JarsLink

JarsLink (原名Titan) 是一个基于JAVA的模块化开发框架,它提供在运行时动态加载模块(一个JAR包)、卸载模块和模块间调用的API。也是阿里巴巴的开源项目之一 https://github.com/alibaba/jarslink,目前在微贷事业群广泛使用。

需求背景

  • 应用拆分的多或少都有问题。多则维护成本高,每次发布一堆应用。少则拆分成本高,无用功能很难下线。
  • 故障不隔离。当一个系统由多人同时参与开发时,修改A功能,可能会影响B功能,引发故障。
  • 多分支开发引发冲突。多分支开发完之后合并会产生冲突。
  • 牵一发动全身。一处核心代码的改动,或一个基础Jar的升级需要回归整个系统。
  • 升级和迁移成本高。中间件升级每个应用都有升级成本。

模块化开发的好处

  • 可插拔,一个应用由多个模块组成,应用里的模块可拆和合,模块可快速在多个系统中迁移和部署。
  • 模块化开发,模块之间互相隔离,实现故障隔离。
  • 一个模块一个分支,不会引发代码冲突。
  • 在模块中增加或修改功能,只会影响当前模块,不会影响整个应用。
  • 动态部署,在运行时把模块部署到应用中,快速修复故障,提高发布效率。
  • 多版本部署,可以在运行时同时部署某个模块的新旧版本,进行AB TEST。
  • 减少资源消耗,通过部署模块的方式减少应用数量和机器数量。

JarsLink的应用场景

  • 微服务集成测试, 目前一个微服务是一个FAT JAR,如果有几十个微服务,则需要启动很多进程,DEBUG端口会很多,使用JarsLink框架合并FAT JAR,再路由请求到其他JAR,就可以只启动一个进程进行DEBUG测试。
  • 数据管理中心,数据采集的数据源多,而且每种数据源都需要对接和开发,通过模块化开发,实现一个数据源使用一个模块进行对接。
  • 指标计算系统,每个TOPIC一个模块,把消息转发到模块中进行消息处理。
  • 后台管理系统,几乎每个系统都有后台开发的需求,新建应用则应用数多,维护成本高,引入模块化开发,一个二级域一个模块来开发后台功能。

目前蚂蚁金服微贷事业部几个系统和几十个模块已经使用JarsLink框架。

JarsLink的特性

隔离性

  • 类隔离:框架为每个模块的Class使用单独的ClassLoader来加载,每个模块可以依赖同一种框架的不同的版本。
  • 实例隔离:框架为每个模块创建了一个独立的Spring上下文,来加载模块中的BEAN,实例化失败不会影响其他模块。
  • 资源隔离:后续会支持模块之间的资源隔离,每个模块使用独立的CPU和内存资源。

动态性

  • 动态发布:模块能在运行时动态加载到系统中,实现不需要重启和发布系统新增功能。支持突破双亲委派机制,在运行时加载父加载器已经加载过的类,实现模块升级依赖包不需要系统发布。
  • 动态卸载:模块能在运行时被动态卸载干净,实现快速下线不需要功能。

易用性

提供了通用灵活的API让系统和模块进行交互。

实现原理

模块加载

TITAN为每个模块创建一个新的URLClassLoader来加载模块。并且支持突破双亲委派,设置了overridePackages的包将由子类加载进行加载,不优先使用父类加载器已加载的。

模块的卸载

卸载模块需要满足三个条件

  • 模块里的实例对象没有被引用
  • 模块里的Class没有被引用
  • 类加载器没有被引用

所以需要做到三点卸载实例,卸载类和卸载类加载器,整个模块的卸载顺序如下:

  • 关闭资源:关闭HTTP连接池或线程池。
  • 关闭IOC容器:调用applicationContext.close()方法关闭IOC容器。
  • 移除类加载器:去掉模块的引用。
  • 卸载JVM租户(开发中):卸载该模块使用的JVM租户,释放资源。

模块间隔离

模块化开发需要解决隔离性问题,否则各模块之间会互相影响。模块之间的隔离有三个层次:

  • 类隔离:为每个模块创建一个类加载器来实现类隔离。
  • 实例隔离:为每个模块创建一个新的IOC容器来加载模块里面的BEAN。
  • 资源隔离:对每个模块只能使用指定的CPU和内存。

目前JarsLink实现了类隔离和实例隔离,资源隔离准备引入ALIJVM多租户来解决。

模块间通讯

模块之间的通讯也有三种方式,RPC,本地调用,深克隆/反射。

  • 本地调用:目前TITAN的doAction就是使用的这种通讯方式,这种方式要求模块的类加载器是父子关系,且IOC容器也是父子容器。
  • RPC调用:用于跨JVM的模块之间调用,利用SOFA 4动态API在模块中发布和引用TR服务来实现。
  • 深克隆/反射:深克隆其他模块的入参,反射其他模块的方法实现调用。

类加载机制

OSGI类加载机制的关系采用的是网状结构,每个模块通过 Export-Package 来声明我要给别人用哪些类,通过 Import-Package来声明我要用别人的哪些类。而TITAN框架采用的是扁平化管理,每个模块都有一个共同的父类,这个父类加载器就是加载ModuleLoader类的加载器,好处是便于维护,每个模块的类做到充分隔离,缺点是会加载重复的Class,适用于模块较少的场景。

JarsLink框架类图

JarsLink框架的类图如下:

RTJftyUrzrScdfQAZNKi

  • AbstractModuleRefreshScheduler:入口类,负责定期扫描本地和内存中的模块是否发生变更,如果变更,则更新模块。
  • ModuleLoader:模块加载引擎,负责模块加载。
  • ModuleManager:模块管理者,负责在运行时注册,卸载,查找模块和执行Action。
  • Module:模块,一个模块有多个Action。
  • Action:模块里的执行者。

如何使用

1:引入POM

JarsLink Maven Repo

<dependency>
  <groupId>com.alipay.jarslink</groupId>
  <artifactId>jarslink-api</artifactId>
  <version>1.5.0.20180213</version>
</dependency>    

JarsLink依赖的POM也需要引入

    <properties>
        <slf4j.version>1.7.7</slf4j.version>
        <apache.commons.lang.version>2.6</apache.commons.lang.version>
        <apache.commons.collections.version>3.2.1</apache.commons.collections.version>
    </properties>
    

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-aop</artifactId>
            <version>${org.springframework.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-web</artifactId>
            <version>${org.springframework.version}</version>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>commons-logging</groupId>
            <artifactId>commons-logging</artifactId>
            <version>1.1.3</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.commons</groupId>
            <artifactId>commons-lang3</artifactId>
            <version>3.3.2</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>commons-lang</groupId>
            <artifactId>commons-lang</artifactId>
            <version>${apache.commons.lang.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>${slf4j.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>commons-collections</groupId>
            <artifactId>commons-collections</artifactId>
            <version>${apache.commons.collections.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.google.guava</groupId>
            <artifactId>guava</artifactId>
            <version>17.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.12</version>
        </dependency>
    </dependencies>

2:引入jarslink BEAN

在系统中引入以下两个BEAN。

<!-- 模块加载引擎 -->
<bean name="moduleLoader" class="com.alipay.jarslink.api.impl.ModuleLoaderImpl"></bean>
<!-- 模块管理器 -->
<bean name="moduleManager" class="com.alipay.jarslink.api.impl.ModuleManagerImpl"></bean>

3:集成JarsLink API

使用JarsLink API非常简单,只需要继承AbstractModuleRefreshScheduler,并提供模块的配置信息,代码如下:

public class ModuleRefreshSchedulerImpl extends AbstractModuleRefreshScheduler {

    @Override
    public List<ModuleConfig> queryModuleConfigs() {
        return ImmutableList.of(ModuleManagerTest.buildModuleConfig());
    }
    
      public static ModuleConfig buildModuleConfig() {
        URL demoModule = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("META-INF/spring/demo-1.0.0.jar");
        ModuleConfig moduleConfig = new ModuleConfig();
        moduleConfig.setName("demo");
        moduleConfig.setEnabled(true);
        moduleConfig.setVersion("1.0.0.20170621");
        moduleConfig.setProperties(ImmutableMap.of("svnPath", new Object()));
        moduleConfig.setModuleUrl(ImmutableList.of(demoModule));
        return moduleConfig;
    }

这个调度器在bean初始化的时候会启动一个调度任务,每分钟刷新一次模块,如果模块的版本号发生变更则会更新模块。实现这个方法时,必须把模块(jar包)下载到机器本地,模块的配置信息说明如下:

  • name:全局唯一,建议使用英文,忽略大小写。
  • enabled:当前模块是否可用,默认可用,卸载模块时可以设置成false。
  • version:模块的版本,如果版本号和之前加载的不一致,框架则会重新加载模块。
  • Properties:spring属性配置文件。
  • moduleUrl:模块的本地存放地址。
  • overridePackages:需要突破双亲委派的包名,一般不推荐使用,范围越小越好,如com.alipay.XX。

ModuleRefreshSchedulerImpl类注册成Spring的bean。

    <bean id="moduleRefreshScheduler"
          class="com.alipay.**.ModuleRefreshSchedulerImpl">
        <property name="moduleManager" ref="moduleManager" />
        <property name="moduleLoader" ref="moduleLoader" />
    </bean>

JarsLink API 暂时不提供模块可视化管理能力,所以需要使用其他系统来管理和发布模块。目前可以通过com.alipay. jarslink.api.ModuleManager#getModules获取运行时所有模块的信息。

你也可以使用API来加载并注册模块,详细使用方式可以参考ModuleManagerTest,代码如下。

        //1:加载模块
        Module module = moduleLoader.load(buildModuleConfig());

        //2:注册模块
        ModuleManager moduleManager = new ModuleManagerImpl();
        moduleManager.register(module);

3:开发模块

在模块中只需要实现并开发Action,代码如下:


public class HelloWorldAction implements Action<ModuleConfig, ModuleConfig> {

    @Override
    public ModuleConfig execute(ModuleConfig actionRequest) {
        ModuleConfig moduleConfig = new ModuleConfig();
        moduleConfig.setName(actionRequest.getName());
        moduleConfig.setEnabled(actionRequest.getEnabled());
        moduleConfig.setVersion(actionRequest.getVersion());
        moduleConfig.setModuleUrl(actionRequest.getModuleUrl());
        moduleConfig.setProperties(actionRequest.getProperties());
        moduleConfig.setOverridePackages(actionRequest.getOverridePackages());
        return moduleConfig;
    }

    @Override
    public String getActionName() {
        return "helloworld";
    }

}

5:调用接口

开发者需要利用JarsLink API把请求转发给模块,先根据模块名查找模块,再根据aciton name查找Action,最后执行Action。

//查找模块
Module findModule = moduleManager.find(module.getName());
Assert.assertNotNull(findModule);

//查找和执行Action
String actionName = "helloworld";
ModuleConfig moduleConfig = new ModuleConfig();
moduleConfig.setName("h");
moduleConfig.setEnabled(true);
ModuleConfig result = findModule.doAction(actionName, moduleConfig);

其他特性

Spring配置

通过moduleConfig的Properties属性可以设置Spring bean变量的配置信息。

1:定义变量

<bean id="userService" class="com.alipay.XX.UserService">
 <property name="url" value="${url}" />
</bean>

2:配置变量信息

        Map<String, Object> properties = new HashMap<String, Object>();
        properties.put("url", "127.0.0.1");
        moduleConfig.setProperties(properties);

3:排除spring配置文件

        Map<String, Object> properties = new HashMap<String, Object>();
        properties.put("exclusion_confige_name", "text.xml");
        moduleConfig.setProperties(properties);

排除多个文件用逗号分隔。

最佳实践

HTTP请求转发

可以把HTTP请求转发给模块处理。


private ModuleManager moduleManager;

@RequestMapping(value = "module/{moduleName}/{actionName}/process.json", method = { RequestMethod.GET,RequestMethod.POST })
public Object process(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {

    Map<String, String> pathVariables = resolvePathVariables(request);

    String moduleName = pathVariables.get("moduleName").toUpperCase()
    String actionName = pathVariables.get("actionName").toUpperCase()
    String actionRequest = XXX;
    return moduleManager.doAction(moduleName,
            actionName, actionRequest);
}


private Map<String, String> resolvePathVariables(HttpServletRequest request) {
        return (Map<String, String>) request
            .getAttribute(HandlerMapping.URI_TEMPLATE_VARIABLES_ATTRIBUTE);
    }

消息请求转发

可以把消息转发给模块进行处理。遵循默认大于配置的方式,你可以把TOPIC当做模块名,EventCode当做ActionName来转发请求。

接口说明

JarsLink框架最重要的两个接口是ModuleManager和ModuleLoader。

ModuleManager接口

ModuleManager负责注册,卸载,查找模块和执行Action。


import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * 模块管理者, 提供注册,移除和查找模块能力
 *
 * @author tengfei.fangtf
 * @version $Id: ModuleManager.java, v 0.1 2017年05月30日 2:55 PM tengfei.fangtf Exp $
 */
public interface ModuleManager {

    /**
     * 根据模块名查找Module
     * @param name
     * @return
     */
    Module find(String name);

    /**
     * 获取所有已加载的Module
     *
     * @return
     */
    List<Module> getModules();

    /**
     * 注册一个Module
     *
     * @param module 模块
     * @return 新模块
     */
    Module register(Module module);

    /**
     * 移除一个Module
     *
     * @param name 模块名
     * @return 被移除的模块
     */
    Module remove(String name);

    /**
     * 获取发布失败的模块异常信息
     *
     * @return
     */
    Map<String, String> getErrorModuleContext();

}

ModuleLoader接口

ModuleLoader只负责加载模块。

public interface ModuleLoader {

    /**
     * 根据配置加载一个模块,创建一个新的ClassLoadr加载jar里的class
     *
     * @param moduleConfig 模块配置信息
     *
     * @return 加载成功的模块
     */
    Module load(ModuleConfig moduleConfig);

}

原创文章,转载请注明: 转载自并发编程网 – ifeve.com本文链接地址: 阿里再开源!模块化开发框架JarsLink

方 腾飞

花名清英,并发网(ifeve.com)创始人,畅销书《Java并发编程的艺术》作者,蚂蚁金服技术专家。目前工作于支付宝微贷事业部,关注互联网金融,并发编程和敏捷实践。微信公众号aliqinying。
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  • Comments (1)
    • hansc
    • 05/09. 2018 5:11pm

    腾飞大师,请教您一个jarslink的问题。
    每个Action 只有一个 execute 方法, 要是需要有多个方法,该如何调用呢?您在项目的是如何实践的呢?

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