fast-loader（二）設計

分析

這是一個全新的工具，由我們設計的全新工具，所以我們可以來規劃它未來長什么樣子。
我們在上一篇：fast-loader（一）起源里討論過，它最最最基本需要達到的目標應該是對類的按需裝載，從而節約資源提升性能和資源利用率。
為了達到這個目標，我們就不能讓JVM自行裝載業務程序包，而是JVM裝載fast-loader，由fast-loader對業務程序包進行裝載，如上一篇的圖

因此，對于JVM而言，它并不清楚業務程序包的存在，而fast-loader需要關心的就是業務程序包，相當于fast-loader接管了JVM對業務程序運行的能力。
屆時，對業務程序的運行將變成如下

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

所以，fast-loader應該具備啟動一個應用程序main方法的能力，同時，它還是一個應用程序。
fast-loader為了啟動應用程序，如果目標是jar包的話，需要能將jar裝入內存，但如果整體裝入的話，將會導致內存占用，這樣fast-loader就無法節約內存，因此需要避免jar直接裝入內存的情況。
考慮到jar包本質上是zip格式，同時參考tomcat對war包的處理邏輯，fast-loader首次啟動時可以將jar進行解壓到文件夾，再按需進行讀取文件，這樣雖然首次啟動慢了些，但之后運行效率將大大提升。
因此，fast-loader的需要能對jar進行解壓縮到文件的能力。
一個程序不僅僅是一個jar包，它可能是一堆jar的組成，所以，fast-loader還需要能將這堆jar解壓后管理起來的能力。
程序運行過程中會訪問各類資源，特別是springboot打包結構里，jar包內又包含jar包，考慮到springboot的風行程度，fast-loader需要具備對springboot包格式的兼容能力。
整理到一起

• 它是一個應用程序，可直接啟動
• 它能啟動jar包內的main方法
• 它能夠對jar包解壓到文件夾中
• 對于很多的jar包，它能夠將這些解壓縮出來的文件管理起來
• 鑒于springboot的流行程度，需要兼容它的包格式

設計

前面定義了fast-loader的能力，我們再進行一個簡單梳理，看看它的調用應該是怎么進行的

所以，從用例的角度來看的話，它應該是這樣的

再對它的能力進行對齊和歸類，如下

各自職責如下

• FastLoaderMain：Main方法所在類，負責啟動業務APP并調用其main方法；
• FastClassLoader：負責轉載業務類定義到內存中；
• JarUtil：負責解壓縮業務jar包，如果存在多個jar包的話，還需要解壓到對應的文件夾中；
• FileUtil：負責對解壓縮出來的.class以及資源文件進行管理；

轉換成類圖

當然，除了這些類之外，肯定還有其它類存在，但這幾個類為核心。
jar解壓縮至指定的文件夾，考慮到配置的簡便以及第三方庫的數量較多，可以設計為

優化

一、包沖突的優化

對存在多個相同版本的包的情況下，考慮到jar文件名稱不同（自帶版本號），將會釋放到不同文件夾當中。
但是，在查找類文件的時候，由于包沖突原因可能導致查找時候無法明確指定那個版本，因此這里設定規則：

但出現同類庫多個版本時，直接使用最新版本

為了適配這個規則，我們需要對以上解壓縮的文件夾進行調整，包括

• jar包解壓縮文件夾名稱不以jar名稱命名，而是以不帶版本號的包名作為文件夾名稱
• 解壓縮進文件夾時，默認在包所在文件夾加入子文件夾，其名稱為版本號；當沒有版本號時，以“default”命名

變更后的文件夾格式如下

二、加載速度的優化

fast-loader首次加載時涉及解壓，會導致啟動速度比之前下降，而首次之后因為按需加載，總體性能可以比原先得到提升，但是每次都去讀取磁盤也是一種比較慢的方式，可以考慮設計優化。
實際app執行中，多數情況下，無論多少次的啟動，其使用的類都基本相同。
基于這個理念，我們可以考慮將app第一次啟動到關閉過程中使用到的類復制到另外一個文件夾中，之后app啟動時默認裝載此路徑下所有類，這樣就可以類似緩存的作用，一定程度上加快啟動速度。
所以，文件夾部分還可以做這樣的優化

其中used文件夾為所有類定義后需要寫入的文件夾，也是所有使用過的類的緩存文件夾。
這里有個小點需要注意，寫入緩存成功與否不影響類定義，所以應該采用異步寫入以避免堵塞。

三、針對springboot的適配

springboot有它獨有的包體結構，其定義在MATE-INF/MANIFEST.MF文件中，舉個案例

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

通過這個文件，我們需要去適配的包括

• Spring-Boot-Classes：需要將所有類解壓縮至應用包文件夾目錄下；
• Spring-Boot-Lib：依賴的第三方庫，需要將其解壓縮成jar包后再二次解壓；

四、多個同名資源文件的優化

不同jar包可能存在同名的資源文件，而ClassLoader對資源文件的獲取是允許多個同時獲取到的，而我們調整了對資源位置的定義，那么我們也要去重寫“如何讀取資源文件”這類方法。
同名文件可能存在兩類

1. jar：同名一般是相同文件，處理方法

   1. 相同hash值，意味著文件內容相同，直接取其一即可；
   2. 不同hash值，需要判斷其MANIFEST.MF文件中Manifest-Version的值，保留新版本的jar；
   3. 沒有MANIFEST.MF文件或沒有Manifest-Version鍵，取創建時間遲的jar；

2. 其它：統一為資源文件，當出現相同時，除第一個文件外，其它命名后面加入.n（此處n為數字，有1開始順序遞增）。

設計完成了，實現部分我們留到下一篇繼續分享。

fast-loader系列

1. fast-loader（一）起源