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SOFAArk 概述

更新时间:2020-02-04 15:50:10

SOFAArk 是一款基于 Java 实现的轻量级类隔离容器,主要提供类隔离和应用(模块)合并部署能力,由蚂蚁金服开源贡献。

在大型软件开发过程中,通常会推荐底层功能插件化,业务功能模块化的开发模式,以期达到低耦合、高内聚、功能复用的优点。基于此,SOFAArk 提供了一套较为规范化的插件化、模块化的开发方案,产品能力主要包括:

  • 定义类加载模型,运行时底层插件、业务应用(模块)之间均相互隔离,单一插件和应用(模块)由不同的 ClassLoader 加载,可以有效避免相互之间的包冲突,提升插件和模块功能复用能力。
  • 定义插件开发规范,提供 maven 打包工具,简单快速将多个二方包打包成插件(Ark Plugin,以下简称 Plugin)。
  • 定义模块开发规范,提供 maven 打包工具,简单快速将应用打包成模块(Ark Biz,以下简称 Biz)。
  • 针对 Plugin、Biz 提供标准的编程界面,包括服务、事件、扩展点等机制。
  • 支持多 Biz 的合并部署,开发阶段将多个 Biz 打包成可执行 Fat Jar,或者运行时使用 API 或配置中心(Zookeeper)动态地安装卸载 Biz。

基于以上能力,SOFAArk 可以帮助解决依赖包冲突、多应用(模块)合并部署等场景问题。

场景

包冲突

日常使用 Java 开发,常常会遇到包依赖冲突的问题,尤其当应用变得臃肿庞大,包冲突的问题也会变得更加棘手,导致各种各样的报错,例如 LinkageErrorNoSuchMethodError 等。实际开发中,可以采用多种方法来解决包冲突问题,比较常见的是类似 Spring Boot 的做法,统一管理应用所有依赖包的版本,保证这些三方包不存在依赖冲突。这种做法只能有效避免包冲突问题,不能根本上解决包冲突的问题。如果某个应用的确需要在运行时使用两个相互冲突的包,例如 protobuf2protobuf3,那么类似 Spring Boot 的做法依然解决不了问题。

为了彻底解决包冲突的问题,需要借助类隔离机制,使用不同的 ClassLoader 加载不同版本的三方依赖,进而隔离包冲突问题。 OSGI 作为业内最出名的类隔离框架,自然是可以被用于解决上述包冲突问题,但是 OSGI 框架太过臃肿,功能繁杂。为了解决包冲突问题,引入 OSGI 框架,有牛刀杀鸡之嫌,且反而使工程变得更加复杂,不利于开发。

SOFAArk 采用轻量级的类隔离方案来解决日常经常遇到的包冲突问题,在蚂蚁金服内部服务于整个 SOFABoot 技术体系,弥补 Spring Boot 没有的类隔离能力。SOFAArk 提出了一种特殊的包结构(Ark Plugin),在遇到包冲突时,用户可以使用 Maven 插件将若干冲突包打包成 Plugin,运行时由独立的 PluginClassLoader 加载,从而解决包冲突。

假设如下场景,如果工程需要引入两个三方包:A 和 B,但是 A 需要依赖版本号为 0.1 的 C 包,而恰好 B 需要依赖版本号为 0.2 的 C 包,且 C 包的这两个版本无法兼容:

conflict

此时,即可使用 SOFAArk 解决该依赖冲突问题。只需要把 A 和版本为 0.1 的 C 包一起打包成一个 Ark 插件,然后让应用工程引入该插件依赖即可。

合并部署

复杂项目通常需要跨团队协作开发,各自负责不同的组件,而众所周知,协调跨团队合作开发会遇到不少问题;比如各自技术栈不统一导致的依赖冲突,又比如往同一个 Git 仓库提交代码常常导致 merge 冲突。因此,如果能让每个团队将负责的功能组件当成一个个单独的应用开发,运行时合并部署,通过统一的编程界面交互,那么将极大的提升开发效率及应用可扩展性。SOFAArk 提出了一种特殊的包结构 - Ark Biz,用户可以使用 Maven 插件将应用打包成 Biz,允许多 Biz 在 SOFAArk 容器之上合并部署,并通过统一的编程界面交互。

静态合并部署

SOFAArk 提供了静态合并部署能力,在开发阶段,应用可以将其他应用打成的 Biz 包通过 Maven 依赖的方式引入,而当自身被打成可执行 Fat Jar 时,可以将其他应用 Biz 包一并打入,启动时,则会根据优先级依次启动各应用。每个 Biz 使用独立的 BizClassLoader 加载,不需要考虑相互依赖冲突问题,Biz 之间则通过 SofaService/SofaRefernece JVM 服务进行交互。

动态合并部署

动态合并部署区别于静态合并部署最大的一点是,运行时通过 API 或者配置中心(Zookeeper)来控制 Biz 的部署和卸载。动态合并部署的设计理念图如下:

architecture

无论是静态还是动态合并部署都会有宿主应用(master biz)的概念,如果 Ark 包只打包了一个 Biz,则该 Biz 默认成为宿主应用。如果 Ark 包打包了多个 Biz 包,需要配置指定宿主应用。宿主应用不允许被卸载,一般而言,宿主应用会作为流量入口的中台系统,具体的服务实现会放在不同的动态 Biz 中,供宿主应用调用。宿主应用可以使用 SOFAArk 提供的客户端 API 实现动态应用的部署和卸载。除了 API,SOFAArk 提供了 Config Plugin,用于对接配置中心(目前支持 Zookeeper),运行时接受动态配置。Config Plugin 会解析下发的配置,控制动态应用的部署和卸载。

原理

SOFAArk 包含三个概念,Ark ContainerArk PluginArk Biz。运行时逻辑结构图如下:

逻辑结构图

在介绍这三个概念之前,先介绍上述 Ark 包概念。Ark 包是满足特定目录格式要求的可运行 Fat Jar,使用官方提供的 Maven 插件 sofa-ark-maven-plugin 可以将 单个或多个应用 打包成标准格式的 Ark 包。使用 java -jar 命令即可在 SOFAArk 容器之上启动所有应用。Ark 包通常包含 Ark ContainerArk PluginArk Biz

这三个概念简单解释如下:

  • Ark Container:SOFAArk 容器,负责 Ark 包启动运行时的管理。Ark PluginArk Biz 运行在 SOFAArk 容器之上。容器具备管理插件和应用的功能。容器启动成功后,会自动解析 classpath 包含的 Ark PluginArk Biz 依赖,完成隔离加载并按优先级依次启动之。
  • Ark Plugin:Ark 插件,满足特定目录格式要求的 Fat Jar,使用官方提供的 Maven 插件 sofa-ark-plugin-maven-plugin 可以将一个或多个普通的 Java jar 打包成一个标准格式的 Ark PluginArk Plugin 会包含一份配置文件,通常包括插件类导入导出配置、资源导入导出配置、插件启动优先级等。运行时,SOFAArk 容器会使用独立的 PluginClassLoader加载插件,并根据插件配置构建类加载索引表、资源加载索引表,使插件和插件之间、插件和应用之间相互隔离。
  • Ark Biz:Ark 应用模块,满足特定目录格式要求的 Fat Jar,使用官方提供的 Maven 插件 sofa-ark-maven-plugin 可以将工程应用打包成一个标准格式的 Ark BizArk Biz 是工程应用以及其依赖包的组织单元,包含应用启动所需的所有依赖和配置。一个 Ark 包中可以包含多个 Ark Biz 包,按优先级依次启动,Biz 之间通过 JVM 服务交互。

运行 Ark 包,Ark Container 优先启动,容器自动解析 Ark 包中含有的 Ark PluginArk Biz,并读取他们的配置信息,构建类和资源的加载索引表。然后使用独立的 ClassLoader 加载并按优先级配置依次启动。需要指出的是,Ark Plugin 优先 Ark Biz 被加载启动;Ark Plugin 之间是双向类索引关系,即可以相互委托对方加载所需的类和资源;Ark PluginArk Biz 是单向类索引关系,即只允许 Ark Biz 索引 Ark Plugin 加载的类和资源,反之则不允许。