Java動(dòng)態(tài)加載與插件開發(fā)研究

摘 要：本文首先研究了Java語言的動(dòng)態(tài)加載方式和實(shí)現(xiàn)插件化的方法， 并以支持不同音頻格式的音樂播放器為例展示了Java插件的開發(fā)步驟。本文所展示的Java插件的開發(fā)方法和步驟具有一般性指導(dǎo)意義，可以很好地解決新功能植入或著功能模塊定制問題。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)加載;Java 插件;功能植入;模塊定制

1 概述

軟件項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況發(fā)生，就是當(dāng)項(xiàng)目開發(fā)結(jié)束并交付使用后，需要增加一些新功能。我們通常希望在不改變原有應(yīng)用程序代碼的前提下，將新增加的功能植入到系統(tǒng)中。

還有一種情況就是針對同一個(gè)功能模塊，不同用戶會(huì)要求不同的具體實(shí)現(xiàn)。例如，呼叫中心坐席軟件中的來電彈屏功能，不同用戶可能要求展示客戶信息的方式不一樣，信息來源不一樣，有的甚至要求完成一些額外的功能。這就是所謂的功能模塊定制。

不管是新功能植入，還是功能模塊定制，我們都可以使用插件化技術(shù)來解決。新增加的功能模塊，或者被定制的功能模塊，被

稱為插件。插件化技術(shù)帶來的好處直接體現(xiàn)為降低了模塊之間的耦合性，便于各個(gè)模塊的獨(dú)立維護(hù)，方便和加快整個(gè)項(xiàng)目的維護(hù)更新。

Java語言的動(dòng)態(tài)加載技術(shù)完美的支持了插件化開發(fā)。本文首先研究了Java語言的動(dòng)態(tài)加載方式和實(shí)現(xiàn)插件化的方法，并以支持不同音頻格式的音樂播放器為例展示了Java插件的開發(fā)步驟。

2 Java動(dòng)態(tài)加載并實(shí)例化的幾種方式

Java程序運(yùn)行時(shí)是需要把類加載到內(nèi)存的。Java類的加載方式有兩種：隱式加載和顯式加載。隱式加載是通過new的方式，如：Person person=new Person（），在類初始化時(shí)由Java虛擬機(jī)根據(jù)相應(yīng)的類加載器（ClassLoader）將類載入[1]。顯式加載則是程序員在代碼中顯式地利用某個(gè)類加載器將類載入。顯示加載并實(shí)例化類又可以通過下面兩種方法：

2.1 使用Class類[1]

在Java中通過Class類的靜態(tài)方法forName（）可以動(dòng)態(tài)加載一個(gè)指定的類（需要提供類的完整名字），然后調(diào)用newInstance（）就可以構(gòu)造一個(gè)該類的實(shí)例，例如：String className = "com.abc.Person";

Person person=Class.forName（className）.newInstance（）;

這個(gè)功能對于相同接口的不同實(shí)現(xiàn)具有重大意義。我們可以定義一個(gè)接口，然后提供好幾個(gè)該接口的實(shí)現(xiàn)類，用戶通過修改配置文件來指定實(shí)際使用哪一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，然后在源碼中讀取配置文件，就可以構(gòu)造一個(gè)指定實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例而不用每次修改源碼。通過這種方法，系統(tǒng)只要關(guān)心接口的定義，用戶只要進(jìn)行配置文件的設(shè)置，就完成了同一功能不同實(shí)現(xiàn)的任意切換。

2.2 使用ClassLoader

這種方法需要首先獲得ClassLoader，然后通過ClassLoader的loadClass （）方法動(dòng)態(tài)加載一個(gè)指定的類。Java提供了以下三種途徑得到ClassLoader：

·使用系統(tǒng)類加載器：ClassLoader.getSystemClassLoader（）;

·使用當(dāng)前類加載器：this.getClass.getClassLoader（）;

·使用當(dāng)前線程類加載器：Thread.currentThread（）.getContextClassLoader（）;

下面的代碼片段展示了如何使用系統(tǒng)類加載器裝載并實(shí)例化的過程：

ClassLoader cloader = ClassLoader.getSystemClassLoader（）;

Class cls = cloader.loadClass（"com.abc.Person"）;

Person person = （Person）cls.newInstance（）;

需要注意的是：系統(tǒng)類加載器處理-classpath下的類加載工作，它適合于簡單的命令行應(yīng)用，如果是EJB， 或java Web應(yīng)用，請使用其他的類加載器。

3 Java 插件的開發(fā)（Java Plugin development）

下面考慮這樣一種應(yīng)用場景：現(xiàn)有用Java語言編寫的主程序，要求第三方開發(fā)人員編寫擴(kuò)展功能。約定第三方開發(fā)人員開發(fā)的類必須包含一個(gè)實(shí)現(xiàn)某已知接口的類，名稱不限。要求第三方開發(fā)的類打成 jar包，與主程序分開發(fā)布。jar包放在主程序安裝目錄下的plugins子目錄下，主程序啟動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)加載 jar 包中的類。

這是典型的Java插件技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的體現(xiàn)。為了開發(fā)java插件，java提供了URLClassLoader解決從jar文件中動(dòng)態(tài)加載類。 URLClassLoader是ClassLoader的子類，它用于從指定的jar文件和目錄的URL搜索路徑加載類和資源，即，通過URLClassLoader就可以加載指定jar中的類到內(nèi)存中[2]。下面的代碼片段說明了這一過程：

// 動(dòng)態(tài)加載jar包

String url_str = "file：C：＼PluginDemo＼plugins＼WMAPlayer.jar";

URL[] urls = new URL[1];

urls[0] = new URL（url_str）;

URLClassLoader loader = new URLClassLoader（urls）;

//從加載器中加載插件類，然后實(shí)例出一個(gè)對象

Class<？> c = loader.loadClass（"com.abc.plugin.WMAPlayer"）;

PlayerIface ?instance = （PlayerIface） c.newInstance（）;

在插件開發(fā)過程中，首先由開發(fā)人員編寫系統(tǒng)框架，并預(yù)先定義好系統(tǒng)的擴(kuò)展接口。插件由其他開發(fā)人員（或第三方開發(fā)人員）根據(jù)預(yù)先定義好的接口編寫系統(tǒng)的擴(kuò)展功能模塊。插件以獨(dú)立的jar 包形式出現(xiàn)。對系統(tǒng)而言，它并不知道也不可能知道插件的具體實(shí)現(xiàn)，它所做的就是為插件預(yù)定義好接口。系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候根據(jù)配置文件尋找插件，并根據(jù)預(yù)定義接口將插件掛接到系統(tǒng)中。插件的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖中，MANIFEST.MF是每個(gè)插件的描述文件，應(yīng)用程序加載插件時(shí)首先解析每個(gè)插件的描述文件，然后在應(yīng)用程序中動(dòng)態(tài)加載類并實(shí)例化，最后調(diào)用類的方法。具體而言，將每個(gè)插件打成 jar包，里面包含一個(gè)實(shí)現(xiàn)預(yù)定義接口的類，在jar的MANIFEST.MF文件中給出該類的全路徑。在應(yīng)用程序中使用URLCLassLoader裝載jar包，使用java.util.jar.JarFile和java.util.jar.Manifest解析jar包和MANIFEST.MF文件[3]，獲得插件類以后用URLCLassLoader的loadClass（）方法裝載類，最后使用newInstance（）創(chuàng)建該類的實(shí)例。

圖1 ?插件的基本結(jié)構(gòu)

下面以音樂播放器為例，具體展示Java插件的開發(fā)過程。本例將支持不同音頻格式的音樂播放器做成不同的插件。

第一步：預(yù)定義系統(tǒng)的擴(kuò)展接口。

package com.abc.demo;

public interface PlayerIface{

public void load（String filename）;

public void play（）;

public void stop（）;

public String getSupportedFormat（）;

}

第二步：編寫實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展接口的插件類。

下面是MP3播放器插件類，插件類實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展接口PlayerIface，并且必須擁有不帶參數(shù)的構(gòu)造方法，以便實(shí)例化時(shí)被調(diào)用。用同樣的方法可以編寫其他音頻格式的播放器。

package com.abc.plugin;

public class MP3Player implements PlayerIface{

//實(shí)現(xiàn)接口中的方法，代碼略。

}

第三步：編寫自己的MANIFEST.MF文件，其中有一個(gè)Plugin-Class屬性，指定了插件類的完整類名。文件內(nèi)容如下：

Manifest-Version： 1.0

Plugin-Class： com.abc.plugin.MP3Player

第四步：將插件類com.abc.plugin. MP3Player打成MP3Player.jar包，打包時(shí)注意將上述MANIFEST.MF文件打入包中。

第五步：將jar包發(fā)布在主程序的安裝目錄的子目錄中，一般是plugins子目錄。

如圖2所示。

圖2 ?插件的發(fā)布目錄

第六步：主程序啟動(dòng)時(shí)在plugins子目錄中列舉所有插件，針對每個(gè)jar包解析其中的MANIFEST文件，提取Plugin-Class屬性的值，獲取插件類的完整類名。用URLCLassLoader的loadClass（）方法裝載該類，最后使用newInstance（）創(chuàng)建該類的實(shí)例。

4 結(jié)束語

本文所展示的Java插件的開發(fā)方法和步驟具有一般性指導(dǎo)意義，可以很好地解決新功能植入或功能模塊定制。作者最近在一個(gè)呼叫中心的坐席軟件中就是利用Java插件技術(shù)解決了來電彈屏定制問題。正因?yàn)椴寮夹g(shù)降低了模塊之間的耦合性，便于各個(gè)模塊的獨(dú)立維護(hù)，方便和加快整個(gè)項(xiàng)目的維護(hù)更新，可以在不修改原有應(yīng)用程序代碼的情況下植入新的功能，或者完成某個(gè)功能模塊的定制，從而在軟件項(xiàng)目開發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Java：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)類加載[EB/OL].http：//javaj2ee.com/node/14.

[2]動(dòng)態(tài)類加載[EB/OL]. https：//en.wikibooks.org/wiki/Java_Programming/

Reflection/Dynamic_Class_Loading.

[3]Java程序：從jar 包讀取manifest文件[EB/OL]， https：//blogs.oracle.com/jmxetc/entry/a_java_program_that_reads.

作者簡介：

錢宇虹（1967-），女，計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士，副教授，研究領(lǐng)域：軟件開發(fā)與應(yīng)用、軟件工程、軟件測試技術(shù)。