SOFAArk 是一款基于 Java 實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)熱部署和輕量級(jí)類隔離框架，由螞蟻集團(tuán)開源貢獻(xiàn)，主要提供應(yīng)用模塊的動(dòng)態(tài)熱部署和類隔離能力?；?Fat Jar 技術(shù)，可以將多個(gè)應(yīng)用模塊打包成一個(gè)自包含可運(yùn)行的 Fat Jar，應(yīng)用既可以是簡(jiǎn)單的單模塊 Java 應(yīng)用也可以是 SpringBoot/SOFABoot 應(yīng)用。

背景

SOFAArk 最初的場(chǎng)景是解決 Java 開發(fā)常常會(huì)遇到的包依賴沖突的問(wèn)題，尤其當(dāng)工程應(yīng)用變得臃腫龐大，包沖突的問(wèn)題也會(huì)變得更加棘手，導(dǎo)致各種各樣的報(bào)錯(cuò)，例如LinkageError, NoSuchMethodError等。實(shí)際開發(fā)中，可以采用多種方法來(lái)解決包沖突問(wèn)題，比較常見的是類似 SpringBoot 的做法，統(tǒng)一管理應(yīng)用所有依賴包的版本，保證這些三方包不存在依賴沖突。這種做法只能有效避免包沖突的問(wèn)題，不能根本上解決包沖突的問(wèn)題。如果某個(gè)應(yīng)用的確需要在運(yùn)行時(shí)使用兩個(gè)相互沖突的包，例如 protobuf2 和 protobuf3，那么類似 SpringBoot 的做法依然解決不了問(wèn)題。

為了徹底解決包沖突的問(wèn)題，我們需要借助類隔離機(jī)制，使用不同的 ClassLoader 加載不同版本的三方依賴，進(jìn)而隔離包沖突問(wèn)題。OSGI 作為業(yè)內(nèi)最出名的類隔離框架，自然是可以被用于解決上述包沖突問(wèn)題，但是 OSGI 框架太過(guò)臃腫，功能繁雜。為了解決包沖突問(wèn)題，引入 OSGI 框架，有牛刀殺雞之嫌，反而使工程變得更加復(fù)雜，不利于開發(fā)。

SOFAArk 則采用較為輕量級(jí)的類隔離方案來(lái)解決日常經(jīng)常遇到的包沖突問(wèn)題，在螞蟻金服內(nèi)部服務(wù)于整個(gè) SOFABoot 技術(shù)體系，彌補(bǔ) SpringBoot 沒(méi)有的類隔離能力。實(shí)際上，SOFAArk 是一個(gè)通用的輕量級(jí)類隔離框架，并不限于 SpringBoot 應(yīng)用，也可以和其他的 Java 開發(fā)框架集成。

基于類隔離能力 SOFAArk 還提供了動(dòng)態(tài)熱部署能力。SOFAArk 不但支持將多個(gè)應(yīng)用合并打成一個(gè)可執(zhí)行的 Fat Jar 包，也支持運(yùn)行時(shí)通過(guò) API 或者 Zookeeper 動(dòng)態(tài)推送配置達(dá)到動(dòng)態(tài)部署應(yīng)用模塊的能力。在多團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)時(shí)，各個(gè)功能模塊由不同的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)開發(fā)，通常情況下，這些功能模塊獨(dú)立開發(fā)，但是運(yùn)行時(shí)部署在一起。借助 SOFAArk 提供的合并部署能力，各團(tuán)隊(duì)開發(fā)時(shí)擁有相當(dāng)大自由度，只需要定義各模塊之間的交互接口即可，尤其對(duì)于中臺(tái)應(yīng)用開發(fā)，提高團(tuán)隊(duì)合作效率。除了合并部署，SOFAArk 還對(duì)接了 Zookeeper 接受動(dòng)態(tài)配置，控制應(yīng)用模塊的動(dòng)態(tài)安裝和卸載。

原理

SOFAArk 框架包含有三個(gè)概念，Ark Container, Ark Plugin 和 Ark Biz; 運(yùn)行時(shí)邏輯結(jié)構(gòu)圖如下：

在介紹這三個(gè)概念之前，為了統(tǒng)一術(shù)語(yǔ)，有必要先說(shuō)一下所謂的 Ark 包;Ark 包是滿足特定目錄格式要求的 Executed Fat Jar，使用官方提供的 Maven 插件 sofa-ark-maven-plugin可以將工程應(yīng)用打包成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)格式的 Ark 包;使用命令 java -jar application.jar即可在 Ark 容器之上啟動(dòng)應(yīng)用;Ark 包 通常包含 Ark Container、Ark Plugin、 Ark Biz;以下我們針對(duì)這三個(gè)概念簡(jiǎn)單做下名詞解釋：

1、Ark Container: Ark 容器，負(fù)責(zé)整個(gè)運(yùn)行時(shí)的管理;Ark Plugin 和 Ark Biz 運(yùn)行在 Ark 容器之上;容器具備管理多插件、多應(yīng)用的功能;容器啟動(dòng)成功后，會(huì)自動(dòng)解析 classpath 包含的 Ark Plugin 和 Ark Biz 依賴，完成隔離加載并按優(yōu)先級(jí)依次啟動(dòng)之;

2、Ark Plugin: Ark 插件，滿足特定目錄格式要求的 Fat Jar，使用官方提供的 Maven 插件 sofa-ark-plugin-maven-plugin 可以將一個(gè)或多個(gè)普通的 Java Jar 包打包成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)格式的 Ark Plugin; Ark Plugin 會(huì)包含一份配置文件，通常包括插件類導(dǎo)入導(dǎo)出配置、插件啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)等;運(yùn)行時(shí)，Ark 容器會(huì)使用獨(dú)立的 PluginClassLoader 加載插件，并根據(jù)插件配置構(gòu)建類加載索引表，從而使插件與插件、插件與應(yīng)用之間相互隔離;

3、Ark Biz: Ark 業(yè)務(wù)模塊，滿足特定目錄格式要求的 Fat Jar ，使用官方提供的 Maven 插件 sofa-ark-maven-plugin 可以將工程應(yīng)用打包成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)格式的 Ark-Biz 包;是工程應(yīng)用模塊及其依賴包的組織單元，包含應(yīng)用啟動(dòng)所需的所有依賴和配置;

在運(yùn)行時(shí)，Ark Container 優(yōu)先啟動(dòng)，自動(dòng)解析 classpath 包含的 Ark Plugin 和 Ark Biz，并讀取他們的配置，構(gòu)建類加載索引關(guān)系;然后使用獨(dú)立的 ClassLoader 加載他們并按優(yōu)先級(jí)配置依次啟動(dòng);需要指出的是，Ark Plugin 優(yōu)先 Ark Biz 被加載啟動(dòng);Ark Plugin 之間是雙向類索引關(guān)系，即可以相互委托對(duì)方加載所需的類;Ark Plugin 和 Ark Biz 是單向類索引關(guān)系，即只允許 Ark Biz 索引 Ark Plugin 加載的類，反之則不允許。

場(chǎng)景

包沖突

SOFAArk初衷是為了解決包沖突問(wèn)題，那什么情況下可以使用 SOFAArk 以及如何使用呢? 假設(shè)如下場(chǎng)景，如果工程需要引入兩個(gè)三方包：A 和 B，但是 A 需要依賴版本號(hào)為 0.1 的 C 包，而恰好 B 需要依賴版本號(hào)為 0.2 的 C 包，且 C 包的這兩個(gè)版本無(wú)法兼容:

此時(shí)，即可使用 SOFAArk 解決該依賴沖突問(wèn)題;只需要把 A 和版本為 0.1 的 C 包一起打包成一個(gè) Ark Plugin，然后讓應(yīng)用工程引入該插件依賴即可;

合并部署

SOFAArk 基于類隔離能力，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用的合并部署，可以簡(jiǎn)單分為靜態(tài)合并部署和動(dòng)態(tài)合并部署，介紹如下。

靜態(tài)合并部署

在實(shí)際開發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多個(gè)團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)同一款產(chǎn)品，他們各自負(fù)責(zé)不同的功能模塊，這些功能模塊通?？梢元?dú)立開發(fā)，但是運(yùn)行時(shí)需要作為一個(gè)整體的應(yīng)用運(yùn)行。在這種情況下，所有團(tuán)隊(duì)需要協(xié)商統(tǒng)一技術(shù)棧及各自的二方包版本，這無(wú)疑增加了開發(fā)和聯(lián)調(diào)的成本。為了讓開發(fā)人員專注自身功能業(yè)務(wù)的開發(fā)，理想情況下開發(fā)人員希望能像開發(fā)獨(dú)立應(yīng)用一樣，僅定義好對(duì)外交互接口，而不用考慮和其他功能模塊出現(xiàn)的版本沖突、技術(shù)棧不統(tǒng)一等問(wèn)題。正是基于這種場(chǎng)景，SOFAArk 提供了靜態(tài)合并部署能力，應(yīng)用可以依賴其他應(yīng)用打成的 Biz 包，而當(dāng)自身被打成 Ark 包時(shí)，可以將其他應(yīng)用 Biz 包一并打入，啟動(dòng)時(shí)，則會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)依次啟動(dòng)各應(yīng)用。由于每個(gè)應(yīng)用使用獨(dú)立的 BizClassLoader 加載，因此不需要考慮依賴沖突或者技術(shù)棧不統(tǒng)一問(wèn)題。應(yīng)用之間則通過(guò) SofaService/SofaReference JVM 服務(wù)進(jìn)行交互。

動(dòng)態(tài)合并部署

動(dòng)態(tài)合并部署區(qū)別于靜態(tài)合并部署最大的一點(diǎn)是，在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)可以通過(guò) API 或者配置中心(Zookeeper)來(lái)控制應(yīng)用的部署和卸載。動(dòng)態(tài)合并部署的設(shè)計(jì)理念圖如下：

無(wú)論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)合并部署都會(huì)有宿主應(yīng)用(master app)的概念, 如果 Ark 包只打包了一個(gè) Biz，則該 Biz 默認(rèn)成為宿主應(yīng)用。如果 Ark 包打包了多個(gè) Biz 包，需要配置指定宿主應(yīng)用。宿主應(yīng)用不允許被卸載，一般而言，宿主應(yīng)用會(huì)作為流量入口的中臺(tái)系統(tǒng)，具體的服務(wù)實(shí)現(xiàn)會(huì)放在不同的動(dòng)態(tài) Biz 中，供宿主應(yīng)用調(diào)用。宿主應(yīng)用可以使用 SOFAArk 提供的客戶端 API 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)應(yīng)用的部署和卸載。除了 API, SOFAArk 提供了 Config Plugin，用于對(duì)接配置中心(目前支持 Zookeeper)，運(yùn)行時(shí)接受動(dòng)態(tài)配置。Config Plugin 會(huì)解析下發(fā)的配置，控制動(dòng)態(tài)模塊的部署和卸載。

隨著近幾年 Serverless 技術(shù)的興起，螞蟻集團(tuán)在 Serverless 領(lǐng)域進(jìn)行了持續(xù)的建設(shè)和探索，基于 SOFAArk 動(dòng)態(tài)合并部署技術(shù)打造了比較成熟的 SOFAServerless 技術(shù)體系，去深入解決企業(yè)的研發(fā)和運(yùn)維效率問(wèn)題。其核心方式是通過(guò)快速熱部署、動(dòng)態(tài)服務(wù)發(fā)布等技術(shù)，將應(yīng)用從代碼結(jié)構(gòu)和開發(fā)者陣型劃分為模塊和基座。其中基座為業(yè)務(wù)模塊提供計(jì)算環(huán)境并屏蔽基礎(chǔ)設(shè)施，讓模塊開發(fā)者不用感知機(jī)器和容量等底層設(shè)施而專注于某個(gè)功能模塊的開發(fā)迭代來(lái)幫助業(yè)務(wù)快速向前發(fā)展。

在應(yīng)用架構(gòu)領(lǐng)域，不可避免的問(wèn)題是應(yīng)用隨著業(yè)務(wù)的復(fù)雜度不斷增加，研發(fā)運(yùn)維的過(guò)程中的問(wèn)題會(huì)不斷暴露出來(lái)。首先我們看一下普通應(yīng)用研發(fā)和運(yùn)維過(guò)程中的流程是什么樣的：

如圖所示，從需求到設(shè)計(jì)、開發(fā)、線下測(cè)試，再到發(fā)布線上的研發(fā)運(yùn)維不斷反饋、循環(huán)迭代的過(guò)程?？梢院?jiǎn)化為開發(fā)同學(xué)提交代碼到代碼倉(cāng)庫(kù)，在線下做并行的驗(yàn)證測(cè)試，測(cè)試通過(guò)之后在線上發(fā)布，發(fā)布過(guò)程是串行的，只能夠有一個(gè)發(fā)布窗口，這樣的過(guò)程在應(yīng)用體量業(yè)務(wù)還不太復(fù)雜的情況下問(wèn)題，并不是很明顯。

但當(dāng)業(yè)務(wù)復(fù)雜度不斷增加，普通應(yīng)用迭代過(guò)程在會(huì)出現(xiàn)一些新的問(wèn)題，如下圖：

1、管理成本高：需求管理、代碼管理、人員管理。

2、時(shí)間成本高：線上驗(yàn)證與發(fā)布互相阻塞。單次啟動(dòng)慢。

3、變更風(fēng)險(xiǎn)高：一次變更涉及所有代碼。一次變更涉及所有機(jī)器。

另外，由于這些問(wèn)題是因?yàn)槎鄠€(gè)業(yè)務(wù)與研發(fā)任務(wù)耦合在某些單點(diǎn)上導(dǎo)致的，研發(fā)運(yùn)維的成本隨著業(yè)務(wù)的復(fù)雜度呈現(xiàn)出指數(shù)增長(zhǎng)的特點(diǎn)：

通過(guò)借助 SOFAArk 框架將應(yīng)用拆分成基座和模塊，同時(shí)將應(yīng)用里的接口按場(chǎng)景維度做分組，使得業(yè)務(wù)可以按一組接口的粒度進(jìn)行極速發(fā)布運(yùn)維以及資源按需隔離。

從這張圖里可以看到 Serverless 應(yīng)用拆分的形態(tài)，通過(guò)把一個(gè)普通的 Java 應(yīng)用拆出多個(gè)模塊，進(jìn)一步對(duì)應(yīng)用進(jìn)行了拆分：基座和模塊，對(duì)應(yīng)的研發(fā)人員也劃分為基座開發(fā)者和模塊開發(fā)者。

基座負(fù)責(zé)沉淀通用的邏輯，為模塊提供計(jì)算和環(huán)境，并為模塊開發(fā)者屏蔽基礎(chǔ)設(shè)施，讓模塊開發(fā)者不需要關(guān)心容量和資源等。各個(gè)模塊則是獨(dú)立的代碼倉(cāng)庫(kù)，可以進(jìn)行獨(dú)立的研發(fā)運(yùn)維，這樣研發(fā)運(yùn)維粒度就得到了精細(xì)化，并且由于基座為模塊屏蔽了環(huán)境與基礎(chǔ)設(shè)施，模塊開發(fā)者可以專注于業(yè)務(wù)開發(fā)從而提高了業(yè)務(wù)創(chuàng)新效率。