1、引言

開發者在編碼效率和快速疊代中的痛點場景包括：

1. 修改代碼後，需要頻繁重新開機應用，導緻開發效率低下；

2. 實時調試時，不能立即看到代碼修改的結果；

3. 大型項目中，重新開機的時間成本較高。

針對這些問題，本文将深入探讨如何利用Spring Loaded熱更新技術提高開發效率，減少編譯和重新開機時間。分析Spring Loaded的熱更新原理，以及實際應用過程中所需的操作和注意事項。

2、架構簡介

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 運作時重新加載類檔案的更改。它會在加載時轉換類，以便稍後重新加載。與“熱代碼替換”隻允許在 JVM 運作時進行簡單更改（例如更改方法體）不同，Spring Loaded 允許您添加/修改/删除方法/字段/構造函數。還可以修改類型/方法/字段/構造函數上的注解，并且可以添加/删除/更改枚舉類型中的值。

3、如何使用

3.1 下載下傳Agent插件

https://repo1.maven.org/maven2/org/springframework/springloaded/1.2.8.RELEASE/springloaded-1.2.8.RELEASE.jar

3.2 引入Agent插件

在jvm的啟動指令中添加以下參數

-javaagent:/Users/you/runtime/springloaded-1.2.8.RELEASE.jar -noverify

3.3 修改并重新編譯

修改代碼後執行Build->Recompile指令，可以看到在class reloaded完成後，程式的運作邏輯發生了變化

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靜态字段和say方法，現在我們編譯它。

public class RpcService {
    private String target = "rpc";
    private static String targetStatic = "rpc static";
    public String say() {
        return "RpcService say hello SpringLoaded" + target;
    }
}

SpringLoaded對類編譯後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;
}

我們可以在代碼運作時，使用getDeclaredField、getDeclaredMethod等函數在運作時擷取類成員、方法資訊，此時可以看到增強後的類多了如下字段和方法。

在編譯後的代碼中，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架構增加的。

•r$type是一個靜态變量，其類型為ReloadableType。這個字段用于表示目前類的可重載類型，它包含了目前類的最新位元組碼和其他相關資訊。

r$get、r$set方法是用于擷取執行個體字段的值的方法，處理字段的攔截和替換。
___clinit___方法是用于執行類的靜态初始化塊的方法。
___init___()方法是用于處理類的構造函數的方法。
在say()方法中增加了一個代碼片段用于判斷類是否發生了變更，如果變更了，則調用最新的可重載類型中的say()方法擷取結果。否則，繼續執行原有的方法體。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()方法擷取非靜态變量traget的值，并用它替換原有的變量值。

4.2 運作過程分析

1、在應用程式啟動時，Spring Loaded在目标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，重新定義後存入TypeRegistry，用于緩存、變更對比和依賴關系維護。

2、注冊一個檔案變化監聽器FileChangeListener，當一個類檔案被修改後，Spring Loaded會檢測到這個變化，并重新加載該類檔案。

3、當一個類被重新加載時，Spring Loaded會嘗試對比類的簽名和繼承關系沒有改變，如果新的類定義與之前的類定義相容，那麼Spring Loaded會更新應用程式中的對象引用，以指向新的類定義。

5、總結

Spring-loaded 使用 Java 的 Instrumentation API 在 JVM 啟動時指定 Agent，使它能夠在目标類加載之前進行攔截，并将目标類的位元組碼通過 ASM 庫解析成抽象文法樹（AST），然後對 AST 進行修改。修改的内容包括增加、删除、替換方法，修改方法體，添加字段等，最終替換目标類，改變其邏輯，實作對代碼的熱更新。

6、擴充内容

Jrebel也可以實作類似熱更新功能，并且它更高效、穩定。jrebel官網
Spring-boot-devtools也可以提升開發速度，但是它的方案更像是熱重新開機。Spring Boot Devtools Restarter 原理
如何自己實作一個熱更新功能呢？思路大同小異，實作各有千秋。如何自己實作一個熱加載？如何定義自己的類加載器？

作者：京東零售程嘯

來源：京東雲開發者社群

Spring Loaded代碼熱更新實踐和原理分析