3 类加载器 - 3.3 sofa ark - 《Java 基础 & 线上问题分析》

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，由蚂蚁金服公司开源贡献；
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。
官网：https://www.sofastack.tech/projects/sofa-boot/sofa-ark-readme/
GitHub 地址： https://github.com/sofastack/sofa-ark
https://juejin.cn/post/6844903653828984845

和 OSGi 对比
作为开源界早负盛名的动态模块系统，基于 OSGi 规范的 Equinox、Felix 等同样具备类隔离能力，然而他们更多强调的是一种编程模型，面向模块化开发，有一整套模块生命周期的管理，定义模块通信机制以及复杂的类加载模型。作为专注于解决依赖冲突的隔离框架，SOFAArk 专注于类隔离，简化了类加载模型，因此显得更加轻量。
其次在 OSGi 规范中，所有的模块定义成 Bundle 形式，作为应用开发者，他需要了解 OSGi 背后的工作原理，对开发者要求比较高。在 SOFAArk 中，定义了两层模块类型，Ark Plugin 和 Ark Biz，应用开发者只需要添加隔离的 Ark Plugin 依赖，对本身的开发没有任何影响，基本没有开发门槛。

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：

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/SofaReference 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：

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 Container, Ark Plugin 和 Ark Biz; 运行时逻辑结构图如下:
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 Container、Ark Plugin 和 Ark Biz；以下我们针对这三个概念简单做下名词解释：

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 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，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；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 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

Ark 包
SOFAArk 定义特殊格式的可执行 Jar 包，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 包；使用命令 java -jar 即可在 SOFAArk 容器之上启动应用；Ark 包通常包含 Ark Container 、Ark Plugin 依赖（如果有）、合并部署的 Ark Biz （如果有）以及应用自身的 Ark Biz；详情可参考 Ark 包；
Ark Container
Ark 容器，Ark Plugin 和 Ark Biz 运行在 SOFAArk 容器之上；容器具备管理多插件、多应用的功能；容器启动成功后，会解析 Ark Plugin 和 Ark Biz 配置，完成隔离加载并按优先级依次启动之；Ark Container 一般不会被用户直接感知，由打包插件 sofa-ark-maven-plugin 自动打入。详情可参考 SOFAArk 容器启动；
Ark Plugin
Ark 插件，SOFAArk 定义特殊格式的 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 包打包成一个标准格式的 Ark Plugin； Ark Plugin 会包含一份配置文件，通常包括插件类和资源的导入导出配置、插件启动优先级等；运行时，Ark 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，从而使插件与插件、插件与应用之间相互隔离；详情可参考 Ark Plugin；
Ark Biz
Ark 模块，SOFAArk 定义特殊格式的 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 包；作用有二点，一、在 Ark 包中，作为工程应用模块及其依赖包的组织单元；二、可以被其他应用当成普通 Jar 包依赖，用于在同一个 SOFAArk 容器启动多个 Ark Biz；多个 Ark Biz 共享 Ark Container 和 Ark Plugin ；详情可参考 Ark Biz；
合并部署
SOFAArk 允许将多个应用（Biz 包）合并打入到 Ark 包中，当启动 Ark 包时，会启动所有应用；也支持在运行时通过 API 或者配置中心（例如 Zookeeper）动态的部署和卸载应用，这些应用同时运行在同一个 JVM 中，由独立的 BizClassLoader 加载，各应用之间通过 SofaService/SofaReference 实现交互，称之为多应用的合并部署。
宿主应用
宿主应用是相对合并部署而言，在打包 Ark 包时，至少有一个 Biz 包被打入，如果应用引入了其他 Biz 包，则 Ark 包中会存在多个 Biz 包。当只有一个 Biz 包时，默认将其设置为宿主应用；如果存在多个 Biz 包，则需要配置指定宿主应用。宿主应用相对其他 Biz 包最大的不同，即不允许被卸载。
简单总结下，在 SOFAArk 框架中，应用(配置、源码、依赖)被打包成 Biz 包组织在一起，但是特殊的依赖（Ark Plugin 和其他应用 Biz 包）不会被打入 Biz 包中，Biz 包是不可执行的 Fat Jar; Ark Plugin 是特殊的二方包，可以将多个二方依赖打包成 Plugin，运行时由独立的 PluginClassLoader 加载，根据打包时配置的导出导入资源、类，构建运行时类加载模型；Ark 包是可执行 Fat Jar，一般由 Ark Container、Ark Plugin(0个或多个)、Ark Biz(至少一个)。