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fast-loader（二）设计-创新互联

分析

这是一个全新的工具，由我们设计的全新工具，所以我们可以来规划它未来长什么样子。
我们在上一篇：fast-loader（一）起源里讨论过，它最最最基本需要达到的目标应该是对类的按需装载，从而节约资源提升性能和资源利用率。
为了达到这个目标，我们就不能让JVM自行装载业务程序包，而是JVM装载fast-loader，由fast-loader对业务程序包进行装载，如上一篇的图
fast-loader（二）设计
因此，对于JVM而言，它并不清楚业务程序包的存在，而fast-loader需要关心的就是业务程序包，相当于fast-loader接管了JVM对业务程序运行的能力。
届时，对业务程序的运行将变成如下

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java -jar fast-loader.jar run some-biz-program

所以，fast-loader应该具备启动一个应用程序main方法的能力，同时，它还是一个应用程序。
fast-loader为了启动应用程序，如果目标是jar包的话，需要能将jar装入内存，但如果整体装入的话，将会导致内存占用，这样fast-loader就无法节约内存，因此需要避免jar直接装入内存的情况。
考虑到jar包本质上是zip格式，同时参考tomcat对war包的处理逻辑，fast-loader首次启动时可以将jar进行解压到文件夹，再按需进行读取文件，这样虽然首次启动慢了些，但之后运行效率将大大提升。
因此，fast-loader的需要能对jar进行解压缩到文件的能力。
一个程序不仅仅是一个jar包，它可能是一堆jar的组成，所以，fast-loader还需要能将这堆jar解压后管理起来的能力。
程序运行过程中会访问各类资源，特别是springboot打包结构里，jar包内又包含jar包，考虑到springboot的风行程度，fast-loader需要具备对springboot包格式的兼容能力。
整理到一起

  • 它是一个应用程序，可直接启动
  • 它能启动jar包内的main方法
  • 它能够对jar包解压到文件夹中
  • 对于很多的jar包，它能够将这些解压缩出来的文件管理起来
  • 鉴于springboot的流行程度，需要兼容它的包格式

设计

前面定义了fast-loader的能力，我们再进行一个简单梳理，看看它的调用应该是怎么进行的
fast-loader（二）设计
所以，从用例的角度来看的话，它应该是这样的
fast-loader（二）设计
再对它的能力进行对齐和归类，如下
fast-loader（二）设计
各自职责如下

  • FastLoaderMain：Main方法所在类，负责启动业务APP并调用其main方法；
  • FastClassLoader：负责转载业务类定义到内存中；
  • JarUtil：负责解压缩业务jar包，如果存在多个jar包的话，还需要解压到对应的文件夹中；
  • FileUtil：负责对解压缩出来的.class以及资源文件进行管理；

转换成类图
fast-loader（二）设计
当然，除了这些类之外，肯定还有其它类存在，但这几个类为核心。
jar解压缩至指定的文件夹，考虑到配置的简便以及第三方库的数量较多，可以设计为
fast-loader（二）设计

优化

一、包冲突的优化

对存在多个相同版本的包的情况下，考虑到jar文件名称不同（自带版本号），将会释放到不同文件夹当中。
但是，在查找类文件的时候，由于包冲突原因可能导致查找时候无法明确指定那个版本，因此这里设定规则：

但出现同类库多个版本时，直接使用最新版本

为了适配这个规则，我们需要对以上解压缩的文件夹进行调整，包括

  • jar包解压缩文件夹名称不以jar名称命名，而是以不带版本号的包名作为文件夹名称
  • 解压缩进文件夹时，默认在包所在文件夹加入子文件夹，其名称为版本号；当没有版本号时，以“default”命名

变更后的文件夹格式如下
fast-loader（二）设计

二、加载速度的优化

fast-loader首次加载时涉及解压，会导致启动速度比之前下降，而首次之后因为按需加载，总体性能可以比原先得到提升，但是每次都去读取磁盘也是一种比较慢的方式，可以考虑设计优化。
实际app执行中，多数情况下，无论多少次的启动，其使用的类都基本相同。
基于这个理念，我们可以考虑将app第一次启动到关闭过程中使用到的类复制到另外一个文件夹中，之后app启动时默认装载此路径下所有类，这样就可以类似缓存的作用，一定程度上加快启动速度。
所以，文件夹部分还可以做这样的优化
fast-loader（二）设计
其中used文件夹为所有类定义后需要写入的文件夹，也是所有使用过的类的缓存文件夹。
这里有个小点需要注意，写入缓存成功与否不影响类定义，所以应该采用异步写入以避免堵塞。

三、针对springboot的适配

springboot有它独有的包体结构，其定义在MATE-INF/MANIFEST.MF文件中，举个案例

Manifest-Version: 1.0
Implementation-Title: demo
Implementation-Version: 0.0.1-SNAPSHOT
Start-Class: me.van.DemoApplication
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Build-Jdk-Spec: 1.8
Spring-Boot-Version: 2.1.6.RELEASE
Created-By: Maven Archiver 3.4.0
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher

通过这个文件，我们需要去适配的包括

  • Spring-Boot-Classes：需要将所有类解压缩至应用包文件夹目录下；
  • Spring-Boot-Lib：依赖的第三方库，需要将其解压缩成jar包后再二次解压；

四、多个同名资源文件的优化

不同jar包可能存在同名的资源文件，而ClassLoader对资源文件的获取是允许多个同时获取到的，而我们调整了对资源位置的定义，那么我们也要去重写“如何读取资源文件”这类方法。
同名文件可能存在两类

  1. jar：同名一般是相同文件，处理方法
    1. 相同hash值，意味着文件内容相同，直接取其一即可；
    2. 不同hash值，需要判断其MANIFEST.MF文件中Manifest-Version的值，保留新版本的jar；
    3. 没有MANIFEST.MF文件或没有Manifest-Version键，取创建时间迟的jar；
  2. 其它：统一为资源文件，当出现相同时，除第一个文件外，其它命名后面加入.n（此处n为数字，有1开始顺序递增）。

设计完成了，实现部分我们留到下一篇继续分享。

fast-loader系列

  1. fast-loader（一）起源

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当前名称：fast-loader（二）设计-创新互联
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