一、背景

动态插件化编程是一件很酷的事情，能实现业务功能的 解耦 便于维护，另外也可以提升 可扩展性 随时可以在不停服务器的情况下扩展功能，也具有非常好的 开放性 除了自己的研发人员可以开发功能之外，也能接纳第三方开发商按照规范开发的插件。

常见的动态插件的实现方式有 SPI、OSGI 等方案，由于脱离了 Spring IOC 的管理在插件中无法注入主程序的 Bean 对象，例如主程序中已经集成了 Redis 但是在插件中无法使用。

本文主要介绍在 Spring Boot 工程中热加载 jar 包并注册成为 Bean 对象的一种实现思路，在动态扩展功能的同时支持在插件中注入主程序的 Bean 实现功能更强大的插件。

二、热加载 jar 包

通过指定的链接或者路径动态加载 jar 包，可以使用 URLClassLoader 的 addURL 方法来实现，样例代码如下：

ClassLoaderUtil 类

public class ClassLoaderUtil {
    public static ClassLoader getClassLoader(String url) {
        try {
            Method method = URLClassLoader.class.getDeclaredMethod("addURL", URL.class);
            if (!method.isAccessible()) {
                method.setAccessible(true);
            }
            URLClassLoader classLoader = new URLClassLoader(new URL[]{}, ClassLoader.getSystemClassLoader());
            method.invoke(classLoader, new URL(url));
            return classLoader;
        } catch (Exception e) {
            log.error("getClassLoader-error", e);
            return null;
        }
    }
}

其中在创建 URLClassLoader 时，指定当前系统的 ClassLoader 为父类加载器 ClassLoader.getSystemClassLoader() 这步比较关键，用于打通主程序与插件之间的 ClassLoader ，解决把插件注册进 IOC 时的各种 ClassNotFoundException 问题。

三、动态注册 Bean

将插件 jar 中加载的实现类注册到 Spring 的 IOC 中，同时也会将 IOC 中已有的 Bean 注入进插件中；分别在程序启动时和运行时两种场景下的实现方式。

3.1. 启动时注册 Bean

使用 ImportBeanDefinitionRegistrar 实现在 Spring Boot 启动时动态注册插件的 Bean，样例代码如下：

PluginImportBeanDefinitionRegistrar 类

public class PluginImportBeanDefinitionRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar {
    private final String targetUrl = "file:/D:/SpringBootPluginTest/plugins/plugin-impl-0.0.1-SNAPSHOT.jar";
    private final String pluginClass = "com.plugin.impl.PluginImpl";

    @SneakyThrows
    @Override
    public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderUtil.getClassLoader(targetUrl);
        Class<?> clazz = classLoader.loadClass(pluginClass);
        BeanDefinitionBuilder builder = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition(clazz);
        BeanDefinition beanDefinition = builder.getBeanDefinition();
        registry.registerBeanDefinition(clazz.getName(), beanDefinition);
    }
}

3.2. 运行时注册 Bean

程序运行时动态注册插件的 Bean 通过使用 ApplicationContext 对象来实现，样例代码如下：

@GetMapping("/reload")
public Object reload() throws ClassNotFoundException {
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderUtil.getClassLoader(targetUrl);
        Class<?> clazz = classLoader.loadClass(pluginClass);
        springUtil.registerBean(clazz.getName(), clazz);
        PluginInterface plugin = (PluginInterface)springUtil.getBean(clazz.getName());
        return plugin.sayHello("test reload");
}

SpringUtil 类

@Component
public class SpringUtil implements ApplicationContextAware {
    private DefaultListableBeanFactory defaultListableBeanFactory;
    private ApplicationContext applicationContext;

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        this.applicationContext = applicationContext;
        ConfigurableApplicationContext configurableApplicationContext = (ConfigurableApplicationContext) applicationContext;
        this.defaultListableBeanFactory = (DefaultListableBeanFactory) configurableApplicationContext.getBeanFactory();
    }

    public void registerBean(String beanName, Class<?> clazz) {
        BeanDefinitionBuilder beanDefinitionBuilder = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition(clazz);
        defaultListableBeanFactory.registerBeanDefinition(beanName, beanDefinitionBuilder.getRawBeanDefinition());
    }

    public Object getBean(String name) {
        return applicationContext.getBean(name);
    }
}

四、总结

本文介绍的插件化实现思路通过 共用 ClassLoader 和 动态注册 Bean 的方式，打通了插件与主程序之间的类加载器和 Spring 容器，使得可以非常方便的实现插件与插件之间和插件与主程序之间的 类交互，例如在插件中注入主程序的 Redis、DataSource、调用远程 Dubbo 接口等等。

但是由于没有对插件之间的 ClassLoader 进行 隔离 也可能会存在如类冲突、版本冲突等问题；并且由于 ClassLoader 中的 Class 对象无法销毁，所以除非修改类名或者类路径，不然插件中已加载到 ClassLoader 的类是没办法动态修改的。

所以本方案比较适合插件数据量不会太多、具有较好的开发规范、插件经过测试后才能上线或发布的场景。

五、完整 demo

https://github.com/zlt2000/springs-boot-plugin-test