SOFAArk 概述

SOFAArk 是一款蚂蚁集团开源的基于 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。

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,主要功能包括:

  • 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,简单快速地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,简单快速地将应用打包成模块(Ark Biz,以下简称 Biz)。

  • 提供标准的编程界面

    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。

使用场景

包冲突

日常使用 Java 开发,经常会遇到包依赖冲突的问题,尤其是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,不能从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,自然可以被用于解决上述包冲突问题。但OSGI框架太过臃肿,且功能繁杂。若仅仅为了解决包冲突问题而引入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,在蚂蚁集团内部服务于整个 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 A 和 B 两个三方包,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。而协调跨团队合作开发会遇到很多问题,比如各自技术栈不统一导致的依赖冲突;往同一个 Git 仓库提交代码常常导致 merge 冲突等。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,将极大得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,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/SofaReferneceJVM 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,通常情况下,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 还提供了 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。

功能原理

SOFAArk 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 Container、Ark Plugin 和 Ark Biz,运行时的逻辑结构如下:

逻辑结构图

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 Plugin 和 Ark 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 Plugin 和 Ark Biz 依赖,完成隔离加载并按优先级依次启动。

  • 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 Plugin。Ark 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 Biz。Ark 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 包的流程如下:

  1. Ark Container 优先启动,容器自动解析 Ark 包中含有的 Ark Plugin 和 Ark Biz,并读取他们的配置信息,构建类和资源的加载索引表。

  2. 使用独立的 ClassLoader 加载并按优先级配置依次启动。

重要
  • Ark Plugin 优先于 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 Plugin 和 Ark 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。

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