Java动态加载与插件开发研究

摘 要：本文首先研究了Java语言的动态加载方式和实现插件化的方法， 并以支持不同音频格式的音乐播放器为例展示了Java插件的开发步骤。本文所展示的Java插件的开发方法和步骤具有一般性指导意义，可以很好地解决新功能植入或着功能模块定制问题。

关键词：动态加载;Java 插件;功能植入;模块定制

1 概述

软件项目开发经常会遇到这样的情况发生，就是当项目开发结束并交付使用后，需要增加一些新功能。我们通常希望在不改变原有应用程序代码的前提下，将新增加的功能植入到系统中。

还有一种情况就是针对同一个功能模块，不同用户会要求不同的具体实现。例如，呼叫中心坐席软件中的来电弹屏功能，不同用户可能要求展示客户信息的方式不一样，信息来源不一样，有的甚至要求完成一些额外的功能。这就是所谓的功能模块定制。

不管是新功能植入，还是功能模块定制，我们都可以使用插件化技术来解决。新增加的功能模块，或者被定制的功能模块，被

称为插件。插件化技术带来的好处直接体现为降低了模块之间的耦合性，便于各个模块的独立维护，方便和加快整个项目的维护更新。

Java语言的动态加载技术完美的支持了插件化开发。本文首先研究了Java语言的动态加载方式和实现插件化的方法，并以支持不同音频格式的音乐播放器为例展示了Java插件的开发步骤。

2 Java动态加载并实例化的几种方式

Java程序运行时是需要把类加载到内存的。Java类的加载方式有两种：隐式加载和显式加载。隐式加载是通过new的方式，如：Person person=new Person（），在类初始化时由Java虚拟机根据相应的类加载器（ClassLoader）将类载入[1]。显式加载则是程序员在代码中显式地利用某个类加载器将类载入。显示加载并实例化类又可以通过下面两种方法：

2.1 使用Class类[1]

在Java中通过Class类的静态方法forName（）可以动态加载一个指定的类（需要提供类的完整名字），然后调用newInstance（）就可以构造一个该类的实例，例如：String className = "com.abc.Person";

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

这个功能对于相同接口的不同实现具有重大意义。我们可以定义一个接口，然后提供好几个该接口的实现类，用户通过修改配置文件来指定实际使用哪一个实现类，然后在源码中读取配置文件，就可以构造一个指定实现类的实例而不用每次修改源码。通过这种方法，系统只要关心接口的定义，用户只要进行配置文件的设置，就完成了同一功能不同实现的任意切换。

2.2 使用ClassLoader

这种方法需要首先获得ClassLoader，然后通过ClassLoader的loadClass （）方法动态加载一个指定的类。Java提供了以下三种途径得到ClassLoader：

·使用系统类加载器：ClassLoader.getSystemClassLoader（）;

·使用当前类加载器：this.getClass.getClassLoader（）;

·使用当前线程类加载器：Thread.currentThread（）.getContextClassLoader（）;

下面的代码片段展示了如何使用系统类加载器装载并实例化的过程：

ClassLoader cloader = ClassLoader.getSystemClassLoader（）;

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

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

需要注意的是：系统类加载器处理-classpath下的类加载工作，它适合于简单的命令行应用，如果是EJB， 或java Web应用，请使用其他的类加载器。

3 Java 插件的开发（Java Plugin development）

下面考虑这样一种应用场景：现有用Java语言编写的主程序，要求第三方开发人员编写扩展功能。约定第三方开发人员开发的类必须包含一个实现某已知接口的类，名称不限。要求第三方开发的类打成 jar包，与主程序分开发布。jar包放在主程序安装目录下的plugins子目录下，主程序启动时动态加载 jar 包中的类。

这是典型的Java插件技术在实际应用中的体现。为了开发java插件，java提供了URLClassLoader解决从jar文件中动态加载类。 URLClassLoader是ClassLoader的子類，它用于从指定的jar文件和目录的URL搜索路径加载类和资源，即，通过URLClassLoader就可以加载指定jar中的类到内存中[2]。下面的代码片段说明了这一过程：

// 动态加载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）;

//从加载器中加载插件类，然后实例出一个对象

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

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

在插件开发过程中，首先由开发人员编写系统框架，并预先定义好系统的扩展接口。插件由其他开发人员（或第三方开发人员）根据预先定义好的接口编写系统的扩展功能模块。插件以独立的jar 包形式出现。对系统而言，它并不知道也不可能知道插件的具体实现，它所做的就是为插件预定义好接口。系统启动的时候根据配置文件寻找插件，并根据预定义接口将插件挂接到系统中。插件的基本结构如图1所示。

图中，MANIFEST.MF是每个插件的描述文件，应用程序加载插件时首先解析每个插件的描述文件，然后在应用程序中动态加载类并实例化，最后调用类的方法。具体而言，将每个插件打成 jar包，里面包含一个实现预定义接口的类，在jar的MANIFEST.MF文件中给出该类的全路径。在应用程序中使用URLCLassLoader装载jar包，使用java.util.jar.JarFile和java.util.jar.Manifest解析jar包和MANIFEST.MF文件[3]，获得插件类以后用URLCLassLoader的loadClass（）方法装载类，最后使用newInstance（）创建该类的实例。

图1  插件的基本结构

下面以音乐播放器为例，具体展示Java插件的开发过程。本例将支持不同音频格式的音乐播放器做成不同的插件。

第一步：预定义系统的扩展接口。

package com.abc.demo;

public interface PlayerIface{

public void load（String filename）;

public void play（）;

public void stop（）;

public String getSupportedFormat（）;

}

第二步：编写实现扩展接口的插件类。

下面是MP3播放器插件类，插件类实现了扩展接口PlayerIface，并且必须拥有不带参数的构造方法，以便实例化时被调用。用同样的方法可以编写其他音频格式的播放器。

package com.abc.plugin;

public class MP3Player implements PlayerIface{

//实现接口中的方法，代码略。

}

第三步：编写自己的MANIFEST.MF文件，其中有一个Plugin-Class属性，指定了插件类的完整类名。文件内容如下：

Manifest-Version： 1.0

Plugin-Class： com.abc.plugin.MP3Player

第四步：将插件类com.abc.plugin. MP3Player打成MP3Player.jar包，打包时注意将上述MANIFEST.MF文件打入包中。

第五步：将jar包发布在主程序的安装目录的子目录中，一般是plugins子目录。

如图2所示。

图2  插件的发布目录

第六步：主程序启动时在plugins子目录中列举所有插件，针对每个jar包解析其中的MANIFEST文件，提取Plugin-Class属性的值，获取插件类的完整类名。用URLCLassLoader的loadClass（）方法装载该类，最后使用newInstance（）创建该类的实例。

4 结束语

本文所展示的Java插件的开发方法和步骤具有一般性指导意义，可以很好地解决新功能植入或功能模块定制。作者最近在一个呼叫中心的坐席软件中就是利用Java插件技术解决了来电弹屏定制问题。正因为插件技术降低了模块之间的耦合性，便于各个模块的独立维护，方便和加快整个项目的维护更新，可以在不修改原有应用程序代码的情况下植入新的功能，或者完成某个功能模块的定制，從而在软件项目开发中得到广泛的应用。

参考文献：

[1]Java：静态和动态类加载[EB/OL].http：//javaj2ee.com/node/14.

[2]动态类加载[EB/OL]. https：//en.wikibooks.org/wiki/Java_Programming/

Reflection/Dynamic_Class_Loading.

[3]Java程序：从jar 包读取manifest文件[EB/OL]， https：//blogs.oracle.com/jmxetc/entry/a_java_program_that_reads.

作者简介：

钱宇虹（1967-），女，计算机科学硕士，副教授，研究领域：软件开发与应用、软件工程、软件测试技术。