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死磕Tomcat系列(6)——Tomcat如何做到热加载和热部署的

热部署就是在服务器运行时重新部署项目，热加载即在在运行时重新加载class，从而升级应用。

通常情况下在开发环境中我们使用的是热加载，因为热加载的实现的方式在Web容器中启动一个后台线程，定期检测相关文件的变化，如果有变化就重新加载类，这个过程不会清空Session。而在生产环境我们一般应用的是热部署，热部署也是在Web应用后台线程定期检测，发现有变化就会重新加载整个Web应用，这种方式更加彻底会清空Session。

热加载

热加载其实我们在开发过程中经常使用，例如我们使用Idea开发时，我们在设置页面可以进行设置，当修改文件时，我们可以选择不重启项目，选择重新加载此文件。而在Tomcat中也能设置，Tomcat默认情况下是不开启热加载的。需要在Tomcat路径下的 Context.xml 中配置 reloadable 参数来开启这个功能。

<Context reloadable="true"/>

我们演示一下Tomcat是如何热加载的。在webapp下我们新建了一个项目，里面的Servlet文件如下

public class MyServlet extends HttpServlet {

    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {

        System.out.println("MyServlet 在处理 get（）请求...");
        PrintWriter out = response.getWriter();
        response.setContentType("text/html;charset=utf-8");
        out.println("<strong>>My Servlet Version1!</strong><br>");
    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {

        System.out.println("MyServlet 在处理 post（）请求...");
        PrintWriter out = response.getWriter();
        response.setContentType("text/html;charset=utf-8");
        out.println("<strong>>My Servlet Version1!</strong><br>");
    }

}

目录结构如下

-webapp
	-- mywebapp
		-- WEB-INF
			-- web.xml
			-- classes
				-- MyServlet.class

为了演示Tomcat运行时能修改class文件能够动态加载。我们分为以下三步

http://localhost:8080/mywebapp/myservlet
MyServlet

下面直接用动态图演示效果，更直观一些。

死磕Tomcat系列(6)——Tomcat如何做到热加载和热部署的

我们可以看到在Tomcat运行的情况下，直接替换class文件是能够直接生效的。那么Tomcat是如何做到的呢？其实我们可以自己推导一下。

所有的class文件都是交由类加载来管理的
如果换了class文件是不是只需要更换相应的类加载器重新加载就行

那么接下来我们来验证我们的结论，看一下在Tomcat中是如何实现热加载的。Tomcat要监听class文件是否变化应该是新起了一个线程来观测。那么看到在Context的启动方法中，看到调用了 threadStart 的方法。

protected void threadStart() {
        backgroundProcessorFuture = Container.getService(this).getServer().getUtilityExecutor()
                .scheduleWithFixedDelay(new ContainerBackgroundProcessor(),//要执行的Runnable
                        backgroundProcessorDelay, //第一次执行延迟多久
                        backgroundProcessorDelay, //之后每次隔多久执行一次
                        TimeUnit.SECONDS); //时间单位
    }
}

其中在后台开启周期性的任务，使用了Java提供的 ScheduledThreadPoolExecutor 。除了能周期性执行任务以外还有线程池的功能。上面代码中调用了 scheduleWithFixedDelay 方法，第一个传入的参数就是要执行的任务。我们接下来看任务类 ContainerBackgroundProcessor 是如何实现的。

protected class ContainerBackgroundProcessor implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        // 请注意这里传入的参数是 " 宿主类 " 的实例
        processChildren(ContainerBase.this);
    }

    protected void processChildren(Container container) {
        try {
            //1. 调用当前容器的 backgroundProcess 方法。
            container.backgroundProcess();
            
            //2. 遍历所有的子容器，递归调用 processChildren，
            // 这样当前容器的子孙都会被处理            
            Container[] children = container.findChildren();
            for (int i = 0; i < children.length; i++) {
            // 这里会判断子容器如果已经启动了后台线程，那么这里就不会启动了
                if (children[i].getBackgroundProcessorDelay() <= 0) {
                    processChildren(children[i]);
                }
            }
        } catch (Throwable t) { ... }

上面代码中我们可以知道具体的后台监听代码是在 backgroundProcess 方法中实现的。那么我们看 Context 容器的 backgroundProcess 方法是如何实现的。

public void backgroundProcess() {

    //WebappLoader 周期性的检查 WEB-INF/classes 和 WEB-INF/lib 目录下的类文件
    Loader loader = getLoader();
    if (loader != null) {
        loader.backgroundProcess();        
    }
    ............省略
}

进去 loader.backgroundProcess(); 中我们可以看到

public void backgroundProcess() {
    //此处判断热加载开关是否开启和监控的文件夹中文件是否有修改
    if (reloadable && modified()) {
        try {
            Thread.currentThread().setContextClassLoader
                (WebappLoader.class.getClassLoader());
            if (context != null) {
                //Context重启
                context.reload();
            }
        } finally {
            if (context != null && context.getLoader() != null) {
                Thread.currentThread().setContextClassLoader
                    (context.getLoader().getClassLoader());
            }
        }
    }
}

我们可以发现Tomcat热加载的步骤

如果发现有文件发生变化，热加载开关开启
关闭Context容器
重启Context容器

在这个过程中，最重要的部分其实就是类加载器了。因为一个Context容器对应一个类加载器。所以在销毁Context容器的时候也连带着将其类加载器一并销毁了。Context在重启的过程中也会创建新的类加载器来加载我们新建的文件。

热部署

如果还是不懂热部署是什么的，下面演示一遍应该就明白了。Tomcat在启动的时候会将其目录下webapp中war包解压后然后封装为一个Context供外部访问。那么热部署就是在程序运行时，如果我们修改了War包中的东西。那么Tomcat就会删除之前的War包解压的文件夹，重新解压新的War包。

死磕Tomcat系列(6)——Tomcat如何做到热加载和热部署的

我们发现上面动图中在Tomcat运行时，我们修改了War包的信息，它就会将原来的删除然后重新生成一份。

我们从上面的动图中其实就看出了热部署和热加载的区别了。热部署是将文件夹删除然后重新解压包。那么热加载是由Context容器负责的。那么热部署又是由哪个容器负责呢？因为一个文件夹对应一个Context。既然文件夹都删除了，那么肯定不是由Context容器负责了。那么应该就是Context的父容器Host来负责。

我们可以看到 Host 容器并没有实现自己的 backgroundProcess 方法。那么它是如何监听的呢？既然它没有实现方法，肯定是调用了父类的 backgroundProcess 方法。我们可以看到在父类的 backgroundProcess 中

@Override
    public void backgroundProcess() {
			.	...........省略
        fireLifecycleEvent(Lifecycle.PERIODIC_EVENT, null);
    }

可以看到周期事件的监听器。而 Host 的事件监听器是 HostConfig 类的 lifecycleEvent 方法

@Override
    public void lifecycleEvent(LifecycleEvent event) {
        if (event.getType().equals(Lifecycle.PERIODIC_EVENT)) {// 周期事件
            check();
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.BEFORE_START_EVENT)) {// 开始之前事件
            beforeStart();
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.START_EVENT)) { // 开始事件
            start();
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.STOP_EVENT)) { // 结束事件
            stop();
        }
    }

我们可以看 check 方法

protected void check() {

    if (host.getAutoDeploy()) {
        // 检查Host下所有已经部署的web应用
        DeployedApplication[] apps =
            deployed.values().toArray(new DeployedApplication[0]);
        for (int i = 0; i < apps.length; i++) {
            if (!isServiced(apps[i].name))
                checkResources(apps[i], false);
        }

        // 检查Web应用是否有变化
        if (host.getUndeployOldVersions()) {
            checkUndeploy();
        }

        // 执行部署
        deployApps();
    }
}

热部署的步骤其实也可以简化为三步骤