探究并实现Android设备的远程调试方法
作为移动开发者,最头疼的莫过于遇到产品上线以后出现了bug,但是本地开发环境又无法复现的情况。常见的调查线上棘手问题方式大概如下:
以上两种方法在之前调查线上问题时都有使用,但因为二者都有明显的缺点,所以效果不是特别理想。
能否开发一种工具,既不需要用户深度配合也不需要提前埋点就能方便、快速地定位线上问题?
作为程序员,查bug一般使用下面几种方式:阅读源码、记录日志或调试程序。一般本地无法复现的问题通过阅读源码很难找到原因,而且大多数情况都和用户本地环境有关。记录日志的缺点之前讲过了,同样不予考虑,那能否像调试本地程序一样调试已经发布出去的程序呢?我们对此做了一些尝试和探索。
调试原理
先看下调试原理,这里以Java为例(通过IDE调试Android程序也基于此原理)。Java(Android)程序都是运行在Java(Dalvik\ART)虚拟机上的,要调试Java程序,就需要向Java虚拟机请求当前程序运行状态,并对虚拟机发送一定的指令,设置一些回调等等。Java的调试体系,就是虚拟机的一套用于调试的工具和接口。Java SE从1.2.2版本以后推出了JPDA框架(Java Platform Debugger Architecture,Java平台调试体系结构)。
JPDA框架
JPDA定义了一套独立且完整的调试体系,它由三个相对独立的模块组成,分别为:
- JVM TI:Java虚拟机工具接口(被调试者)。
- JDWP:Java Debug Wire Protocol,Java调试协议(通道)。
- JDI:Java Debug Interface,Java调试接口(调试者)。
这三个模块把调试过程分解成了三个自然的概念:
- 被调试者运行在我们想要调试的虚拟机上,它可以通过JVM TI这个标准接口监控当前虚拟机的信息。
- 调试者定义了用户可以使用的调试接口,用户可以通过这些接口对被调试虚拟机发送调试命令,同时显示调试结果。
- 在调试者和被调试者之间,通过JDWP传输层传输消息。
整个过程如下:
Components Debugger Interfaces
/ |--------------|
/ | VM |
debuggee ----( |--------------| <------- JVM TI - Java VM Tool Interface
\ | back-end |
\ |--------------|
/ |
comm channel -( | <--------------- JDWP - Java Debug Wire Protocol
\ |
|--------------|
| front-end |
|--------------| <------- JDI - Java Debug Interface
| UI |
|--------------|
下面重点介绍一下JDWP协议。
JDWP协议
JDWP协议是用于调试器与目标虚拟机之间进行调试交互的通信协议,它的通信会话主要包含两类数据包:
- Command Packet:命令包。调试器发送给虚拟机Command,用于获取程序状态或控制程序执行;虚拟机发送Command给调试器,用于通知事件触发消息。
- Reply Packet:回复包,虚拟机发送给调试者回复命令的请求或者执行结果。
JDWP的数据包主要包含包头和数据两部分,包头字段含义如下:
数据包部分JDWP协议按照功能分为18组命令(以Java 7为例),包含了虚拟机、引用类型、对象、线程、方法、堆栈、事件等不同类型的操作命令。
Dalvik虚拟机/ART虚拟机对JDWP协议的支持并不完整,但是大部分关键命令都是支持的,具体信息可以参考Dalvik-JDWP和ART-JDWP中所支持的消息。
Android调试原理
Android调试模型可以看作JPDA框架的具体实现。其中变化比较大的一个是JVM TI适配了Android设备特有的Dalvik虚拟机/ART虚拟机,另一个是JDWP的实现支持ADB和Socket两种通信方式(ADB全称为Android Debug Bridge,是Android系统的一个很重要的调试工具)。整体的调试模型如下:
____________________________________
| |
| ADB Server (host) |
| |
Debugger <---> LocalSocket <----> RemoteSocket |
| || |
|___________________________||_______|
||
Transport || (TCP for emulator - USB for device) ||
||
___________________________||_______
| || |
| ADBD (device) || |
| || |
Android-VM | || |
JDWP-thread <====> LocalSocket <-> RemoteSocket |
| |
|____________________________________|
运行在PC上的ADB Server和运行在Android设备上的ADBD守护进程之间通过USB或者无线网络建立连接,分别负责Debugger和Android设备的虚拟机进行通信。一旦连接建立起来,Debugger和Android VM通过“桥梁”进行数据的交换,ADB Server和ADBD对它们来说是透明的。
远程调试
综上,要实现远程调试,关键需要实现两部分功能:
- 能够自定义JDWP通道。
- 能模拟ADB和ADBD实现消息的转发。
先看下如何实现自定义JDWP通道。
JDWP启动过程
我们看下Android 5.0系统在启动一个应用时是如何启动JDWP Thread的。
通过上图可以看到,Android在创建虚拟机的同时会创建一个JDWP-Thread,JDWP默认有ADB和Socket两种通信方式。要实现远程调试,ADB这种方式肯定不适用,所以能否实现一个自定义的Socket通道来实现JDWP的消息转发成了问题的关键。
Hack-Native-JDWP
通过阅读JDWP启动源码(Android-API-21)发现,要想让JDWP通过自定义的Socket通道进行通信,需要满足两个条件:
- 能够修改全局变量gJdwpOptions的值,使其配置为Socket模式,并指明对应的端口号。
- 使用新的gJdwpOptions参数重新启动JDWP-Thread。
在Android中,JDWP相关代码分别被编译成libart.so(Art)和libdvm.so(Dalvik)。修改或调用其他so库中的代码需要用到动态加载,使用动态加载,应用程序需要先指定要加载的库,然后将该库作为一个可执行程序来使用(即调用其中的函数)。动态加载API 就是为了动态加载而存在的,它允许共享库对用户空间程序可用。下面表格展示了这个完整的 API:
在介绍如何调用动态加载功能之前,先介绍一下C/C++编译器在编译目标文件时所进行的名字修饰(符号化)。
符号化
上文提到要想自定义JDWP-Thread,首先需要修改gJdwpOptions的值,该值是在debugger.cc中通过Dbg::ParseJdwpOptions方法来设置的,所以只要用新的配置重新调用一次ParseJdwpOptions即可。
如何找到Dbg::ParseJdwpOptions这个函数地址呢?为了保证每个函数、变量名都有唯一的标识,编译器在将源代码编译成目标文件时会对变量名或函数名进行名字修饰。
先看一个例子,下面的C++程序中两个f()的定义:
int f (void) { return 1; }int f (int) { return 0; }void g (void) { int i = f(), j = f(0); }
这些是不同的函数,除了函数名相同以外没有任何关系。如果不做任何改变直接把它们当成C代码,结果将导致一个错误:C语言不允许两个函数同名。所以,C++编译器将会把它们的类型信息编码成符号名,结果类似下面的代码:
int __f_v (void) { return 1; }int __f_i (int) { return 0; }void __g_v (void) { int i = __f_v(), j = __f_i(0); }
可以通过nm命令查看so文件中的符号信息。
nm -D libart.so | grep ParseJdwpOptions
001778d0 T _ZN3art3Dbg16ParseJdwpOptionsERKNSt3__112basic_stringIcNS1_11char_traitsIcEENS1_9allocatorIcEEEE
这样就得到了ParseJdwpOptions函数在动态链接库文件中符号化以后的函数名。
找到符号化了的函数名后,就可以通过调用动态链接库中的函数重新启动JDWP-Thread。部分代码如下(以下代码只针对Android-API-21和Android-API-22版本有效):
void *handler = dlopen("/system/lib/libart.so", RTLD_NOW); if(handler == NULL){
LOGD(LOG_TAG,env->NewStringUTF(dlerror()));
} //对于debuggable false的配置,重新设置为可调试
void (*allowJdwp)(bool);
allowJdwp = (void (*)(bool)) dlsym(handler, "_ZN3art3Dbg14SetJdwpAllowedEb");
allowJdwp(true); void (*pfun)(); //关闭之前启动的jdwp-thread
pfun = (void (*)()) dlsym(handler, "_ZN3art3Dbg8StopJdwpEv");
pfun(); //重新配置gJdwpOptions
bool (*parseJdwpOptions)(const std::string&);
parseJdwpOptions = (bool (*)(const std::string&)) dlsym(handler, "_ZN3art3Dbg16ParseJdwpOptionsERKNSt3__112basic_stringIcNS1_11char_traitsIcEENS1_9allocatorIcEEEE"); std::string options = "transport=dt_socket,address=8000,server=y,suspend=n";
parseJdwpOptions(options); //重新startJdwp
pfun = (void (*)()) dlsym(handler, "_ZN3art3Dbg9StartJdwpEv");
pfun();
以上代码关闭了之前可能存在的JDWP-Thread,同时开启一个本地的Socket通道来进行通信,这样就能通过本地的Socket通道来进行JDWP消息的传递。
突破7.0动态链接的限制
通过上面代码可知,实现自定义的JDWP通道主要是采用动态调用libart.so/libdvm.so中的函数实现。但从 Android 7.0 开始,系统将阻止应用动态链接非公开 NDK库,详情请参考《Android 7.0行为变更》,强制调用会产生如下Crash:
java.lang.UnsatisfiedLinkError: dlopen failed: library "/system/lib/libart.so" needed or dlopened by "/system/lib/libnativeloader.so" is not accessible for the namespace "classloader-namespace"
如何绕过这个限制来动态调用libart.so中的方法?既然直接调用dlopen会失败,那是不是可以模拟dlopen和dlsym的实现来绕过这个限制?
dlopen和dlsym分别返回动态链接库在内存中的句柄和某个符号的地址,所以只要能找到dlopen返回的句柄并通过句柄找到dlsym符号对应的地址,就相当于实现了这两个函数的功能。libart.so会在程序启动之后就被加载到内存中,可以在/proc/self/maps找到当前进程中libart.so在内存中映射的地址:
vbox86p:/ # cat /proc/1665/maps | grep libart.so
e2d50000-e3473000 r-xp 00000000 08:06 1087 /system/lib/libart.so
e3474000-e347c000 r--p 00723000 08:06 1087 /system/lib/libart.so
e347c000-e347e000 rw-p 0072b000 08:06 1087 /system/lib/libart.so
这里libart.so被分成了三个连续子空间,从e2d50000开始。
如何才能在内存中找到想要打开的函数地址?我们先看下ELF文件结构:
要实现dlsym,首先要保证查找的符号在动态符号表中能找到,在ELF文件中,SHT_DYNSYM对应的Section定义了当前文件中的动态符号;SHT_STRTAB定义了动态库中所有字符串;SHT_PROGBITS则定义了动态库中定义的信息。如何找到这些Section:
- 通过内存映射的方式把libart.so映射到内存中;
- 按照ELF文件结构解析映射到内存中的libart.so;
- 解析SHT_DYNSYM,并把当前section复制到内存中;
- 解析SHT_STRTAB,并把当前section复制到内存中(后面需要根据SHT_STRTAB来找到特定的符号);
- 解析SHT_PROGBITS,得到当前内存映射的偏移地址,这里要注意:不同进程中相同动态库的同一个函数的偏移地址是一样的。
以上逻辑的部分代码片段如下:
fd = open(libpath, O_RDONLY);
size = lseek(fd, 0, SEEK_END); if(size <= 0) fatal("lseek() failed for %s", libpath);
elf = (Elf_Ehdr *) mmap(0, size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
close(fd);
fd = -1; if(elf == MAP_FAILED) fatal("mmap() failed for %s", libpath);
ctx = (struct ctx *) calloc(1, sizeof(struct ctx)); if(!ctx) fatal("no memory for %s", libpath); //通过/proc/self/proc 找到的libart.so的起始地址
ctx->load_addr = (void *) load_addr;
shoff = ((char *) elf) + elf->e_shoff; for(k = 0; k < elf->e_shnum; k++) {
shoff = (char *)shoff + elf->e_shentsize;
Elf_Shdr *sh = (Elf_Shdr *) shoff;
log_dbg("%s: k=%d shdr=%p type=%x", __func__, k, sh, sh->sh_type); switch(sh->sh_type) { case SHT_DYNSYM: if(ctx->dynsym) fatal("%s: duplicate DYNSYM sections", libpath); /* .dynsym */
ctx->dynsym = malloc(sh->sh_size); if(!ctx->dynsym) fatal("%s: no memory for .dynsym", libpath); memcpy(ctx->dynsym, ((char *) elf) + sh->sh_offset, sh->sh_size); //ctx->nsyms 动态符号表的个数
ctx->nsyms = (sh->sh_size/sizeof(Elf_Sym)) ; break; case SHT_STRTAB: if(ctx->dynstr) break; /* .dynstr is guaranteed to be the first STRTAB */
ctx->dynstr = malloc(sh->sh_size); if(!ctx->dynstr) fatal("%s: no memory for .dynstr", libpath); memcpy(ctx->dynstr, ((char *) elf) + sh->sh_offset, sh->sh_size); break; //当前段内容为program defined information:程序定义区
case SHT_PROGBITS: if(!ctx->dynstr || !ctx->dynsym) break; //得到偏移地址
ctx->bias = (off_t) sh->sh_addr - (off_t) sh->sh_offset; break;
}
} //关闭内存映射
munmap(elf, size);
接下来就可以根据要找的符号名在SHT_DYNSYM中对应的位置得到具体的函数指针,部分代码如下:
void *fake_dlsym(void *handle, const char *name){ int k; struct ctx *ctx = (struct ctx *) handle;
Elf_Sym *sym = (Elf_Sym *) ctx->dynsym; char *strings = (char *) ctx->dynstr; for(k = 0; k < ctx->nsyms; k++, sym++) if(strcmp(strings + sym->st_name, name) == 0) { //动态库的基地址 + 当前符号section地址 - 偏移地址
return (char *)ctx->load_addr + sym->st_value - ctx->bias;
} return 0;
}
通过以上模拟dlopen和dlsym的逻辑,我们成功绕过了系统将阻止应用动态链接非公开 NDK库的限制。
消息转发
完成上面逻辑以后就可以通过本地Socket在虚拟机和用户进程之间传递JDWP消息。但是要实现远程调试,还需要远程下发虚拟机的调试指令并回传执行结果。我们通过App原有Push通道加上线上消息转发服务,实现了整个调试工具的消息转发功能:
Proguard对调试的影响
正常发布到市场的项目都会通过Proguad进行混淆,不同力度的混淆配置会生成不同的字节码文件。对调试功能影响比较大的配置有两个:
- LineNumberTable
- LocalVariableTable
如果Proguard中没有对这两个属性进行Keep,那经过Proguard处理的方法字节码中会缺失这两个模块,对调试的影响分别是无法在方法的某一行设置断点和无法获取当前本地变量的值(但能获取到方法参数变量和类成员变量)。一般为了在应用发生崩溃时能获取到调用栈中每个函数对应的行号,需要保留LineNumberTable,同时为了减少包体积会放弃LocalVariableTable。在没有LocalVariableTable的情况下,可以通过调用Execute命令得到一些运行时结果间接得获取到本地变量。
JDI的实现
整个消息交互流程跑通以后,接下来要做的就是根据JDI规范作进一步的封装。为了方便快速调试,目前调试工具的前端实现主要参考了LLDB的调试流程,通过设置命令的方式进行调试,整体样式如下图所示:
总结
本文从调查线上问题的常见手段入手,介绍了到店餐饮移动团队在实现远程调试过程中的尝试和探索。通过远程调试可以方便快捷地获取用户当前App运行时的状态,助力开发者快速定位线上问题。
参考文献
- JDWP-Protocol.
- Android虚拟机调试器原理与实现.
- Linux动态库剖析.
- Nougat_dlfunctions.
- Dynamic Linking.
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SSM三大框架基础面试题-一、Spring篇 什么是Spring框架? Spring是一种轻量级框架,提高开发人员的开发效率以及系统的可维护性。 我们一般说的Spring框架就是Spring Framework,它是很多模块的集合,使用这些模块可以很方便地协助我们进行开发。这些模块是核心容器、数据访问/集成、Web、AOP(面向切面编程)、工具、消息和测试模块。比如Core Container中的Core组件是Spring所有组件的核心,Beans组件和Context组件是实现IOC和DI的基础,AOP组件用来实现面向切面编程。 Spring的6个特征: 核心技术:依赖注入(DI),AOP,事件(Events),资源,i18n,验证,数据绑定,类型转换,SpEL。 测试:模拟对象,TestContext框架,Spring MVC测试,WebTestClient。 数据访问:事务,DAO支持,JDBC,ORM,编组XML。 Web支持:Spring MVC和Spring WebFlux Web框架。 集成:远程处理,JMS,JCA,JMX,电子邮件,任务,调度,缓存。 语言:Kotlin,Groovy,动态语言。 列举一些重要的Spring模块? Spring Core:核心,可以说Spring其他所有的功能都依赖于该类库。主要提供IOC和DI功能。 Spring Aspects:该模块为与AspectJ的集成提供支持。 Spring AOP:提供面向切面的编程实现。 Spring JDBC:Java数据库连接。 Spring JMS:Java消息服务。 Spring ORM:用于支持Hibernate等ORM工具。 Spring Web:为创建Web应用程序提供支持。 Spring Test:提供了对JUnit和TestNG测试的支持。 谈谈自己对于Spring IOC和AOP的理解 IOC(Inversion Of Controll,控制反转)是一种设计思想: 在程序中手动创建对象的控制权,交由给Spring框架来管理。IOC在其他语言中也有应用,并非Spring特有。IOC容器实际上就是一个Map(key, value),Map中存放的是各种对象。 将对象之间的相互依赖关系交给IOC容器来管理,并由IOC容器完成对象的注入。这样可以很大程度上简化应用的开发,把应用从复杂的依赖关系中解放出来。IOC容器就像是一个工厂一样,当我们需要创建一个对象的时候,只需要配置好配置文件/注解即可,完全不用考虑对象是如何被创建出来的。在实际项目中一个Service类可能由几百甚至上千个类作为它的底层,假如我们需要实例化这个Service,可能要每次都搞清楚这个Service所有底层类的构造函数,这可能会把人逼疯。如果利用IOC的话,你只需要配置好,然后在需要的地方引用就行了,大大增加了项目的可维护性且降低了开发难度。 Spring中的bean的作用域有哪些? 1.singleton:该bean实例为单例 2.prototype:每次请求都会创建一个新的bean实例(多例)。 3.request:每一次HTTP请求都会产生一个新的bean,该bean仅在当前HTTP request内有效。 4.session:每一次HTTP请求都会产生一个新的bean,该bean仅在当前HTTP session内有效。 5.global-session:全局session作用域,仅仅在基于Portlet的Web应用中才有意义,Spring5中已经没有了。Portlet是能够生成语义代码(例如HTML)片段的小型Java Web插件。它们基于Portlet容器,可以像Servlet一样处理HTTP请求。但是与Servlet不同,每个Portlet都有不同的会话。 Spring中的单例bean的线程安全问题了解吗? 概念用于理解:大部分时候我们并没有在系统中使用多线程,所以很少有人会关注这个问题。单例bean存在线程问题,主要是因为当多个线程操作同一个对象的时候,对这个对象的非静态成员变量的写操作会存在线程安全问题。 有两种常见的解决方案(用于回答的点): 1.在bean对象中尽量避免定义可变的成员变量(不太现实)。 2.在类中定义一个ThreadLocal成员变量,将需要的可变成员变量保存在ThreadLocal(线程本地化对象)中(推荐的一种方式)。 ThreadLocal解决多线程变量共享问题(参考博客):https://segmentfault.com/a/1190000009236777 Spring中Bean的生命周期: 1.Bean容器找到配置文件中Spring Bean的定义。 2.Bean容器利用Java Reflection API创建一个Bean的实例。 3.如果涉及到一些属性值,利用set方法设置一些属性值。 4.如果Bean实现了BeanNameAware接口,调用setBeanName方法,传入Bean的名字。 5.如果Bean实现了BeanClassLoaderAware接口,调用setBeanClassLoader方法,传入ClassLoader对象的实例。 6.如果Bean实现了BeanFactoryAware接口,调用setBeanClassFacotory方法,传入ClassLoader对象的实例。 7.与上面的类似,如果实现了其他*Aware接口,就调用相应的方法。 8.如果有和加载这个Bean的Spring容器相关的BeanPostProcessor对象,执postProcessBeforeInitialization方法。 9.如果Bean实现了InitializingBean接口,执行afeterPropertiesSet方法。 10.如果Bean在配置文件中的定义包含init-method属性,执行指定的方法。 11.如果有和加载这个Bean的Spring容器相关的BeanPostProcess对象,执行postProcessAfterInitialization方法。 12.当要销毁Bean的时候,如果Bean实现了DisposableBean接口,执行destroy方法。 13.当要销毁Bean的时候,如果Bean在配置文件中的定义包含destroy-method属性,执行指定的方法。 Spring框架中用到了哪些设计模式? 1.工厂设计模式:Spring使用工厂模式通过BeanFactory和ApplicationContext创建bean对象。 2.代理设计模式:Spring AOP功能的实现。 3.单例设计模式:Spring中的bean默认都是单例的。 4.模板方法模式:Spring中的jdbcTemplate、hibernateTemplate等以Template结尾的对数据库操作的类,它们就使用到了模板模式。 5.包装器设计模式:我们的项目需要连接多个数据库,而且不同的客户在每次访问中根据需要会去访问不同的数据库。这种模式让我们可以根据客户的需求能够动态切换不同的数据源。 6.观察者模式:Spring事件驱动模型就是观察者模式很经典的一个应用。 7.适配器模式:Spring AOP的增强或通知(Advice)使用到了适配器模式、Spring MVC中也是用到了适配器模式适配Controller。 还有很多。。。。。。。 @Component和@Bean的区别是什么 1.作用对象不同。@Component注解作用于类,而@Bean注解作用于方法。 2.@Component注解通常是通过类路径扫描来自动侦测以及自动装配到Spring容器中(我们可以使用@ComponentScan注解定义要扫描的路径)。@Bean注解通常是在标有该注解的方法中定义产生这个bean,告诉Spring这是某个类的实例,当我需要用它的时候还给我。 3.@Bean注解比@Component注解的自定义性更强,而且很多地方只能通过@Bean注解来注册bean。比如当引用第三方库的类需要装配到Spring容器的时候,就只能通过@Bean注解来实现。 @Configuration public class AppConfig { @Bean public TransferService transferService { return new TransferServiceImpl; } } <beans> <bean id="transferService" class="com.kk.TransferServiceImpl"/> </beans> @Bean public OneService getService(status) { case (status) { when 1: return new serviceImpl1; when 2: return new serviceImpl2; when 3: return new serviceImpl3; } } 将一个类声明为Spring的bean的注解有哪些? 声明bean的注解: @Component 组件,没有明确的角色 @Service 在业务逻辑层使用(service层) @Repository 在数据访问层使用(dao层) @Controller 在展现层使用,控制器的声明 注入bean的注解: @Autowired:由Spring提供 @Inject:由JSR-330提供 @Resource:由JSR-250提供 *扩:JSR 是 java 规范标准 Spring事务管理的方式有几种? 1.编程式事务:在代码中硬编码(不推荐使用)。 2.声明式事务:在配置文件中配置(推荐使用),分为基于XML的声明式事务和基于注解的声明式事务。 Spring事务中的隔离级别有哪几种? 在TransactionDefinition接口中定义了五个表示隔离级别的常量:ISOLATION_DEFAULT:使用后端数据库默认的隔离级别,Mysql默认采用的REPEATABLE_READ隔离级别;Oracle默认采用的READ_COMMITTED隔离级别。ISOLATION_READ_UNCOMMITTED:最低的隔离级别,允许读取尚未提交的数据变更,可能会导致脏读、幻读或不可重复读。ISOLATION_READ_COMMITTED:允许读取并发事务已经提交的数据,可以阻止脏读,但是幻读或不可重复读仍有可能发生ISOLATION_REPEATABLE_READ:对同一字段的多次读取结果都是一致的,除非数据是被本身事务自己所修改,可以阻止脏读和不可重复读,但幻读仍有可能发生。ISOLATION_SERIALIZABLE:最高的隔离级别,完全服从ACID的隔离级别。所有的事务依次逐个执行,这样事务之间就完全不可能产生干扰,也就是说,该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读。但是这将严重影响程序的性能。通常情况下也不会用到该级别。 Spring事务中有哪几种事务传播行为? 在TransactionDefinition接口中定义了八个表示事务传播行为的常量。 支持当前事务的情况:PROPAGATION_REQUIRED:如果当前存在事务,则加入该事务;如果当前没有事务,则创建一个新的事务。PROPAGATION_SUPPORTS: 如果当前存在事务,则加入该事务;如果当前没有事务,则以非事务的方式继续运行。PROPAGATION_MANDATORY: 如果当前存在事务,则加入该事务;如果当前没有事务,则抛出异常。(mandatory:强制性)。 不支持当前事务的情况:PROPAGATION_REQUIRES_NEW: 创建一个新的事务,如果当前存在事务,则把当前事务挂起。PROPAGATION_NOT_SUPPORTED: 以非事务方式运行,如果当前存在事务,则把当前事务挂起。PROPAGATION_NEVER: 以非事务方式运行,如果当前存在事务,则抛出异常。 其他情况:PROPAGATION_NESTED: 如果当前存在事务,则创建一个事务作为当前事务的嵌套事务来运行;如果当前没有事务,则该取值等价于PROPAGATION_REQUIRED。 二、SpringMVC篇 什么是Spring MVC ?简单介绍下你对springMVC的理解? Spring MVC是一个基于Java的实现了MVC设计模式的请求驱动类型的轻量级Web框架,通过把Model,View,Controller分离,将web层进行职责解耦,把复杂的web应用分成逻辑清晰的几部分,简化开发,减少出错,方便组内开发人员之间的配合。 Spring MVC的工作原理了解嘛? image.png Springmvc的优点: (1)可以支持各种视图技术,而不仅仅局限于JSP; (2)与Spring框架集成(如IoC容器、AOP等); (3)清晰的角色分配:前端控制器(dispatcherServlet) , 请求到处理器映射(handlerMapping), 处理器适配器(HandlerAdapter), 视图解析器(ViewResolver)。 (4) 支持各种请求资源的映射策略。 Spring MVC的主要组件? (1)前端控制器 DispatcherServlet(不需要程序员开发) 作用:接收请求、响应结果,相当于转发器,有了DispatcherServlet 就减少了其它组件之间的耦合度。 (2)处理器映射器HandlerMapping(不需要程序员开发) 作用:根据请求的URL来查找Handler (3)处理器适配器HandlerAdapter 注意:在编写Handler的时候要按照HandlerAdapter要求的规则去编写,这样适配器HandlerAdapter才可以正确的去执行Handler。 (4)处理器Handler(需要程序员开发) (5)视图解析器 ViewResolver(不需要程序员开发) 作用:进行视图的解析,根据视图逻辑名解析成真正的视图(view) (6)视图View(需要程序员开发jsp) View是一个接口, 它的实现类支持不同的视图类型(jsp,freemarker,pdf等等) springMVC和struts2的区别有哪些? (1)springmvc的入口是一个servlet即前端控制器(DispatchServlet),而struts2入口是一个filter过虑器(StrutsPrepareAndExecuteFilter)。 (2)springmvc是基于方法开发(一个url对应一个方法),请求参数传递到方法的形参,可以设计为单例或多例(建议单例),struts2是基于类开发,传递参数是通过类的属性,只能设计为多例。 (3)Struts采用值栈存储请求和响应的数据,通过OGNL存取数据,springmvc通过参数解析器是将request请求内容解析,并给方法形参赋值,将数据和视图封装成ModelAndView对象,最后又将ModelAndView中的模型数据通过reques域传输到页面。Jsp视图解析器默认使用jstl。 SpringMVC怎么样设定重定向和转发的? (1)转发:在返回值前面加"forward:",譬如"forward:user.do?name=method4" (2)重定向:在返回值前面加"redirect:",譬如"redirect:http://www.baidu.com" SpringMvc怎么和AJAX相互调用的? 通过Jackson框架就可以把Java里面的对象直接转化成Js可以识别的Json对象。具体步骤如下 : (1)加入Jackson.jar (2)在配置文件中配置json的映射 (3)在接受Ajax方法里面可以直接返回Object,List等,但方法前面要加上@ResponseBody注解。 如何解决POST请求中文乱码问题,GET的又如何处理呢? (1)解决post请求乱码问题: 在web.xml中配置一个CharacterEncodingFilter过滤器,设置成utf-8; <filter> <filter-name>CharacterEncodingFilter</filter-name> <filter-class>org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter</filter-class> <init-param> <param-name>encoding</param-name> <param-value>utf-8</param-value> </init-param> </filter> <filter-mapping> <filter-name>CharacterEncodingFilter</filter-name> <url-pattern>/*</url-pattern> </filter-mapping> (2)get请求中文参数出现乱码解决方法有两个: ①修改tomcat配置文件添加编码与工程编码一致,如下: <ConnectorURIEncoding="utf-8" connectionTimeout="20000" port="8080" protocol="HTTP/1.1" redirectPort="8443"/> ②另外一种方法对参数进行重新编码: String userName = new String(request.getParamter("userName").getBytes("ISO8859-1"),"utf-8") ISO8859-1是tomcat默认编码,需要将tomcat编码后的内容按utf-8编码。 Spring MVC的异常处理 ? 统一异常处理: Spring MVC处理异常有3种方式: (1)使用Spring MVC提供的简单异常处理器SimpleMappingExceptionResolver; (2)实现Spring的异常处理接口HandlerExceptionResolver 自定义自己的异常处理器; (3)使用@ExceptionHandler注解实现异常处理; 统一异常处理的博客:https://blog.csdn.net/ctwy291314/article/details/81983103 SpringMVC的控制器是不是单例模式,如果是,有什么问题,怎么解决? 是单例模式,所以在多线程访问的时候有线程安全问题,不要用同步,会影响性能的,解决方案是在控制器里面不能写成员变量。(此题目类似于上面Spring 中 第5题 有两种解决方案) SpringMVC常用的注解有哪些? @RequestMapping:用于处理请求 url 映射的注解,可用于类或方法上。用于类上,则表示类中的所有响应请求的方法都是以该地址作为父路径。 @RequestBody:注解实现接收http请求的json数据,将json转换为java对象。 @ResponseBody:注解实现将conreoller方法返回对象转化为json对象响应给客户。 SpingMvc中的控制器的注解一般用那个,有没有别的注解可以替代? 一般用@Controller注解,也可以使用@RestController,@RestController注解相当于@ResponseBody + @Controller,表示是表现层,除此之外,一般不用别的注解代替。 如果在拦截请求中,我想拦截get方式提交的方法,怎么配置? 可以在@RequestMapping注解里面加上method=RequestMethod.GET。 怎样在方法里面得到Request,或者Session? 直接在方法的形参中声明request,SpringMVC就自动把request对象传入。 如果想在拦截的方法里面得到从前台传入的参数,怎么得到? 直接在形参里面声明这个参数就可以,但必须名字和传过来的参数一样。 如果前台有很多个参数传入,并且这些参数都是一个对象的,那么怎么样快速得到这个对象? 直接在方法中声明这个对象,SpringMVC就自动会把属性赋值到这个对象里面。 SpringMVC中函数的返回值是什么? 返回值可以有很多类型,有String, ModelAndView。ModelAndView类把视图和数据都合并的一起的。 SpringMVC用什么对象从后台向前台传递数据的? 通过ModelMap对象,可以在这个对象里面调用put方法,把对象加到里面,前台就可以拿到数据。 怎么样把ModelMap里面的数据放入Session里面? 可以在类上面加上@SessionAttributes注解,里面包含的字符串就是要放入session里面的key。 SpringMvc里面拦截器是怎么写的: 有两种写法,一种是实现HandlerInterceptor接口,另外一种是继承适配器类,接着在接口方法当中,实现处理逻辑;然后在SpringMvc的配置文件中配置拦截器即可: <!-- 配置SpringMvc的拦截器 --> <mvc:interceptors> <!-- 配置一个拦截器的Bean就可以了 默认是对所有请求都拦截 --> <bean id="myInterceptor" class="com.zwp.action.MyHandlerInterceptor"></bean> <!-- 只针对部分请求拦截 --> <mvc:interceptor> <mvc:mapping path="/modelMap.do" /> <bean class="com.zwp.action.MyHandlerInterceptorAdapter" /> </mvc:interceptor> </mvc:interceptors> 注解原理: 注解本质是一个继承了Annotation的特殊接口,其具体实现类是Java运行时生成的动态代理类。我们通过反射获取注解时,返回的是Java运行时生成的动态代理对象。通过代理对象调用自定义注解的方法,会最终调用AnnotationInvocationHandler的invoke方法。该方法会从memberValues这个Map中索引出对应的值。而memberValues的来源是Java常量池 三、Mybatis篇 什么是MyBatis? MyBatis是一个可以自定义SQL、存储过程和高级映射的持久层框架。 讲下MyBatis的缓存 MyBatis的缓存分为一级缓存和二级缓存,一级缓存放在session里面,默认就有, 二级缓存放在它的命名空间里,默认是不打开的,使用二级缓存属性类需要实现Serializable序列化接口, 可在它的映射文件中配置<cache/> Mybatis是如何进行分页的?分页插件的原理是什么? 1)Mybatis使用RowBounds对象进行分页,也可以直接编写sql实现分页,也可以使用Mybatis的分页插件。 2)分页插件的原理:实现Mybatis提供的接口,实现自定义插件,在插件的拦截方法内拦截待执行的sql,然后重写sql。 举例:select * from student,拦截sql后重写为:select t.* from (select * from student)t limit 0,10 简述Mybatis的插件运行原理,以及如何编写一个插件? 1)Mybatis仅可以编写针对ParameterHandler、ResultSetHandler、StatementHandler、 Executor这4种接口的插件,Mybatis通过动态代理, 为需要拦截的接口生成代理对象以实现接口方法拦截功能, 每当执行这4种接口对象的方法时,就会进入拦截方法, 具体就是InvocationHandler的invoke方法,当然, 只会拦截那些你指定需要拦截的方法。 2)实现Mybatis的Interceptor接口并复写intercept方法, 然后在给插件编写注解,指定要拦截哪一个接口的哪些方法即可, 记住,别忘了在配置文件中配置你编写的插件。 Mybatis动态sql是做什么的?都有哪些动态sql?能简述一下动态sql的执行原理不? 1)Mybatis动态sql可以让我们在Xml映射文件内, 以标签的形式编写动态sql,完成逻辑判断和动态拼接sql的功能。 2)Mybatis提供了9种动态sql标签:trim|where|set|foreach|if|choose|when|otherwise|bind。 3)其执行原理为,使用OGNL从sql参数对象中计算表达式的值, 根据表达式的值动态拼接sql,以此来完成动态sql的功能。 #{}和${}的区别是什么? 1)#{}是预编译处理,${}是字符串替换。 2)Mybatis在处理#{}时,会将sql中的#{}替换为?号,调用PreparedStatement的set方法来赋值(有效的防止SQL注入); 3)Mybatis在处理${}时,就是把${}替换成变量的值。 为什么说Mybatis是半自动ORM映射工具?它与全自动的区别在哪里? Hibernate属于全自动ORM映射工具, 使用Hibernate查询关联对象或者关联集合对象时, 可以根据对象关系模型直接获取,所以它是全自动的。 而Mybatis在查询关联对象或关联集合对象时, 需要手动编写sql来完成,所以,称之为半自动ORM映射工具。 Mybatis是否支持延迟加载?如果支持,它的实现原理是什么? 1)Mybatis仅支持association关联对象和collection关联集合对象的延迟加载, association指的就是一对一,collection指的就是一对多查询。 在Mybatis配置文件中, 可以配置是否启用延迟加载lazyLoadingEnabled=true|false。 2)它的原理是,使用CGLIB创建目标对象的代理对象, 当调用目标方法时,进入拦截器方法, 比如调用a.getB.getName, 拦截器invoke方法发现a.getB是null值, 那么就会单独发送事先保存好的查询关联B对象的sql, 把B查询上来,然后调用a.setB(b), 于是a的对象b属性就有值了, 接着完成a.getB.getName方法的调用。 这就是延迟加载的基本原理。 MyBatis与Hibernate有哪些不同? 1)Mybatis和hibernate不同,它不完全是一个ORM框架, 因为MyBatis需要程序员自己编写Sql语句, 不过mybatis可以通过XML或注解方式灵活配置要运行的sql语句, 并将java对象和sql语句映射生成最终执行的sql, 最后将sql执行的结果再映射生成java对象。 2)Mybatis学习门槛低,简单易学,程序员直接编写原生态sql, 可严格控制sql执行性能,灵活度高,非常适合对关系数据模型要求不高的软件开发, 例如互联网软件、企业运营类软件等,因为这类软件需求变化频繁, 一但需求变化要求成果输出迅速。但是灵活的前提是mybatis无法做到数据库无关性, 如果需要实现支持多种数据库的软件则需要自定义多套sql映射文件,工作量大。 3)Hibernate对象/关系映射能力强,数据库无关性好, 对于关系模型要求高的软件(例如需求固定的定制化软件) 如果用hibernate开发可以节省很多代码,提高效率。 但是Hibernate的缺点是学习门槛高,要精通门槛更高, 而且怎么设计O/R映射,在性能和对象模型之间如何权衡, 以及怎样用好Hibernate需要具有很强的经验和能力才行。 总之,按照用户的需求在有限的资源环境下只要能做出维护性、 扩展性良好的软件架构都是好架构,所以框架只有适合才是最好。 MyBatis的好处是什么? 1)MyBatis把sql语句从Java源程序中独立出来,放在单独的XML文件中编写, 给程序的维护带来了很大便利。 2)MyBatis封装了底层JDBC API的调用细节,并能自动将结果集转换成Java Bean对象, 大大简化了Java数据库编程的重复工作。 3)因为MyBatis需要程序员自己去编写sql语句, 程序员可以结合数据库自身的特点灵活控制sql语句, 因此能够实现比Hibernate等全自动orm框架更高的查询效率,能够完成复杂查询。 简述Mybatis的Xml映射文件和Mybatis内部数据结构之间的映射关系? Mybatis将所有Xml配置信息都封装到All-In-One重量级对象Configuration内部。 在Xml映射文件中,<parameterMap>标签会被解析为ParameterMap对象, 其每个子元素会被解析为ParameterMapping对象。 <resultMap>标签会被解析为ResultMap对象, 其每个子元素会被解析为ResultMapping对象。 每一个<select>、<insert>、<update>、<delete> 标签均会被解析为MappedStatement对象, 标签内的sql会被解析为BoundSql对象。 什么是MyBatis的接口绑定,有什么好处? 接口映射就是在MyBatis中任意定义接口,然后把接口里面的方法和SQL语句绑定, 我们直接调用接口方法就可以,这样比起原来了SqlSession提供的方法我们可以有更加灵活的选择和设置. 接口绑定有几种实现方式,分别是怎么实现的? 接口绑定有两种实现方式,一种是通过注解绑定,就是在接口的方法上面加 上@Select@Update等注解里面包含Sql语句来绑定, 另外一种就是通过xml里面写SQL来绑定,在这种情况下, 要指定xml映射文件里面的namespace必须为接口的全路径名. 什么情况下用注解绑定,什么情况下用xml绑定? 当Sql语句比较简单时候,用注解绑定;当SQL语句比较复杂时候,用xml绑定,一般用xml绑定的比较多 MyBatis实现一对一有几种方式?具体怎么操作的? 有联合查询和嵌套查询,联合查询是几个表联合查询,只查询一次, 通过在resultMap里面配置association节点配置一对一的类就可以完成; 嵌套查询是先查一个表,根据这个表里面的结果的外键id, 去再另外一个表里面查询数据,也是通过association配置, 但另外一个表的查询通过select属性配置。 Mybatis能执行一对一、一对多的关联查询吗?都有哪些实现方式,以及它们之间的区别? 能,Mybatis不仅可以执行一对一、一对多的关联查询, 还可以执行多对一,多对多的关联查询,多对一查询, 其实就是一对一查询,只需要把selectOne修改为selectList即可; 多对多查询,其实就是一对多查询,只需要把selectOne修改为selectList即可。 关联对象查询,有两种实现方式,一种是单独发送一个sql去查询关联对象, 赋给主对象,然后返回主对象。另一种是使用嵌套查询,嵌套查询的含义为使用join查询, 一部分列是A对象的属性值,另外一部分列是关联对象B的属性值, 好处是只发一个sql查询,就可以把主对象和其关联对象查出来。 MyBatis里面的动态Sql是怎么设定的?用什么语法? MyBatis里面的动态Sql一般是通过if节点来实现,通过OGNL语法来实现, 但是如果要写的完整,必须配合where,trim节点,where节点是判断包含节点有 内容就插入where,否则不插入,trim节点是用来判断如果动态语句是以and 或or 开始,那么会自动把这个and或者or取掉。 Mybatis是如何将sql执行结果封装为目标对象并返回的?都有哪些映射形式? 第一种是使用<resultMap>标签,逐一定义列名和对象属性名之间的映射关系。 第二种是使用sql列的别名功能,将列别名书写为对象属性名, 比如T_NAME AS NAME,对象属性名一般是name,小写, 但是列名不区分大小写,Mybatis会忽略列名大小写,
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玩转Linux串口编程(RS485详解) - 1. 简介" 在Linux中,所有串口都被映射成TTY终端模式,因此进行串口编程时,关键在于找到并启用对应平台的TTY。以Nuclei平台的轩辕91030M芯片为例,在设备树配置文件中: ```markdown uart0: - compatible: "sifive,uart0" address: 0x10013000 interrupt: plic0 (2) clock: hfclk2 status: okay uart1: - compatible: "sifive,uart0" address: 0x10012000 interrupt: plic0 (3) clock: hfclk2 status: okay ``` 确保上述 UART 设备的 `status` 都设为 "okay" 后,在 "/dev/" 目录下会出现 ttySIF0 和 ttySIF1 两个串口终端设备。ttySIF0 就是我们平时用来通过串口助手调试的串口接口,而 ttySIF1 可以被用于实现 RS485 通信。 **部分 2: 收发控制**
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ssh工作流程及原理-SSH(Secure Shell Protocol,安全的壳程序协议),它可以通过数据包加密技术将等待传输的数据包加密后再传输到网络上。ssh协议本身提供两个服务器功能:一个是类似telnet的远程连接使用shell的服务器;另一个就是类似ftp服务的sftp-server,提供更安全的ftp服务。 连接加密技术简介 目前常见的网络数据包加密技术通常是通过“非对称密钥系统”来处理的。主要通过两把不一样的公钥与私钥来进行加密与解密的过程。 公钥(public key):提供给远程主机进行数据加密的行为,所有人都可获得你的公钥来将数据加密。 私钥(private key):远程主机使用你的公钥加密的数据,在本地端就能够使用私钥来进行解密。私钥只有自己拥有。 SSH工作过程:在整个通讯过程中,为实现SSH的安全连接,服务端与客户端要经历如下五个阶段: 版本号协商阶段 SSH目前包括SSH1和SSH2两个版本,双方通过版本协商确定使用的版本 密钥和算法协商阶段 SSH支持多种加密算法,双方根据本端和对端支持的算法,协商出最终使用的算法 认证阶段 SSH客户端向服务器端发起认证请求,服务器端对客户端进行认证 会话请求阶段 认证通过后,客户端向服务器端发送会话请求 交互会话阶段 会话请求通过后,服务器端和客户端进行信息的交互 一、版本协商阶段 服务器端打开端口22,等待客户端连接; 客户端向服务器端发起TCP初始连接请求,TCP连接建立后,服务器向客户端发送第一个报文,包括版本标志字符串,格式为“SSH-<主协议版本号>.<次协议版本号>.<软件版本号>”,协议版本号由主版本号和次版本号组成,软件版本号主要是为调试使用。 客户端收到报文后,解析该数据包,如果服务器的协议版本号比自己的低,且客户端能支持服务器端的低版本,就使用服务器端的低版本协议号,否则使用自己的协议版本号。 客户端回应服务器一个报文,包含了客户端决定使用的协议版本号。服务器比较客户端发来的版本号,决定是否能同客户端一起工作。如果协商成功,则进入密钥和算法协商阶段,否则服务器断开TCP连接。 说明:上述报文都是采用明文方式传输。 二、密钥和算法协商阶段 服务器端和客户端分别发送算法协商报文给对端,报文中包含自己支持的公钥算法列表、加密算法列表、MAC(Message Authentication Code,消息验证码)算法列表、压缩算法列表等等。 服务器端和客户端根据对端和本端支持的算法列表得出最终使用的算法。 服务器端和客户端利用DH交换(Diffie-Hellman Exchange)算法、主机密钥对等参数,生成会话密钥和会话ID。 由此,服务器端和客户端就取得了相同的会话密钥和会话ID。对于后续传输的数据,两端都会使用会话密钥进行加密和解密,保证了数据传送的安全。在认证阶段,两端会使用会话用于认证过程。 会话密钥的生成: 客户端需要使用适当的客户端程序来请求连接服务器,服务器将服务器的公钥发送给客户端。(服务器的公钥产生过程:服务器每次启动sshd服务时,该服务会主动去找/etc/ssh/ssh_host*文件,若系统刚装完,由于没有这些公钥文件,因此sshd会主动去计算出这些需要的公钥文件,同时也会计算出服务器自己所需要的私钥文件。) 服务器生成会话ID,并将会话ID发给客户端。 若客户端第一次连接到此服务器,则会将服务器的公钥数据记录到客户端的用户主目录内的~/.ssh/known_hosts。若是已经记录过该服务器的公钥数据,则客户端会去比对此次接收到的与之前的记录是否有差异。客户端生成会话密钥,并用服务器的公钥加密后,发送给服务器。 ****服务器用自己的私钥将收到的数据解密,获得会话密钥。 服务器和客户端都知道了会话密钥,以后的传输都将被会话密钥加密。 三、认证阶段 SSH提供两种认证方法: 基于口令的认证(password认证):客户端向服务器发出password认证请求,将用户名和密码加密后发送给服务器,服务器将该信息解密后得到用户名和密码的明文,与设备上保存的用户名和密码进行比较,并返回认证成功或失败消息。 基于密钥的认证(publickey认证):客户端产生一对公共密钥,将公钥保存到将要登录的服务器上的那个账号的家目录的.ssh/authorized_keys文件中。认证阶段:客户端首先将公钥传给服务器端。服务器端收到公钥后会与本地该账号家目录下的authorized_keys中的公钥进行对比,如果不相同,则认证失败;否则服务端生成一段随机字符串,并先后用客户端公钥和会话密钥对其加密,发送给客户端。客户端收到后将解密后的随机字符串用会话密钥发送给服务器。如果发回的字符串与服务器端之前生成的一样,则认证通过,否则,认证失败。 注:服务器端对客户端进行认证,如果认证失败,则向客户端发送认证失败消息,其中包含可以再次认证的方法列表。客户端从认证方法列表中选取一种认证方法再次进行认证,该过程反复进行。直到认证成功或者认证次数达到上限,服务器关闭连接为止。实例
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Java 类加载器的作用 - 简介:类加载器是 Java™ 中一个非常重要的概念。类加载器负责将 Java 类的字节码加载到 Java 虚拟机中。本文首先详细介绍了 Java 类加载器的基本概念,包括代理模型、加载类的具体过程和线程上下文类加载器等。然后介绍了如何开发自己的类加载器,最后介绍了类加载器在 Web 容器和 OSGi™ 中的应用。 类加载器是 Java 语言的一项创新,也是 Java 语言广受欢迎的重要原因之一。它允许将 Java 类动态加载到 Java 虚拟机中并执行。类加载器从 JDK 1.0 开始出现,最初是为了满足 Java Applets 的需求而开发的,Java Applets 需要从远程位置下载 Java 类文件并在浏览器中执行。现在,类加载器已广泛应用于网络容器和 OSGi。一般来说,Java 应用程序的开发人员不需要直接与类加载器交互;Java 虚拟机的默认行为足以应对大多数情况。但是,如果遇到需要与类加载器交互的情况,而您又不太了解类加载器的机制,就很容易花费大量时间调试异常,如 ClassNotFoundException 和 NoClassDefFoundError。本文将详细介绍 Java 的类加载器,帮助读者深入理解 Java 语言中的这一重要概念。下面先介绍一些基本概念。 类加载器的基本概念 顾名思义,类加载器用于将 Java 类加载到 Java 虚拟机中。一般来说,Java 虚拟机以如下方式使用 Java 类:Java 源程序(.java 文件)经 Java 编译器编译后转换为 Java 字节代码(.class 文件)。类加载器负责读取 Java 字节代码并将其转换为 java.lang 实例。每个实例都用来表示一个 Java 类。通过该实例的 newInstance 方法创建该类的对象。实际情况可能更加复杂,例如,Java 字节代码可能是由工具动态生成或通过网络下载的。 基本上,所有类加载器都是 java.lang.ClassLoader 类的实例。下面将详细介绍这个 Java 类。 java.lang.ClassLoader 类简介 java.lang.ClassLoader 类的基本职责是根据给定类的名称为其查找或生成相应的字节码,然后根据这些字节码定义一个 Java 类,即 java.lang.Class 类的实例。除此之外,ClassLoader 还负责加载 Java 应用程序所需的资源,如图像文件和配置文件。不过,本文只讨论它加载类的功能。为了履行加载类的职责,ClassLoader 提供了许多方法,其中比较重要的方法如表 1 所示。下文将详细介绍这些方法。 表 1.与加载类相关的 ClassLoader 方法
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windows下进程间通信的(13种方法)-摘 要 本文讨论了进程间通信与应用程序间通信的含义及相应的实现技术,并对这些技术的原理、特性等进行了深入的分析和比较。 ---- 关键词 信号 管道 消息队列 共享存储段 信号灯 远程过程调用 Socket套接字 MQSeries 1 引言 ---- 进程间通信的主要目的是实现同一计算机系统内部的相互协作的进程之间的数据共享与信息交换,由于这些进程处于同一软件和硬件环境下,利用操作系统提供的的编程接口,用户可以方便地在程序中实现这种通信;应用程序间通信的主要目的是实现不同计算机系统中的相互协作的应用程序之间的数据共享与信息交换,由于应用程序分别运行在不同计算机系统中,它们之间要通过网络之间的协议才能实现数据共享与信息交换。进程间通信和应用程序间通信及相应的实现技术有许多相同之处,也各有自己的特色。即使是同一类型的通信也有多种的实现方法,以适应不同情况的需要。 ---- 为了充分认识和掌握这两种通信及相应的实现技术,本文将就以下几个方面对这两种通信进行深入的讨论:问题的由来、解决问题的策略和方法、每种方法的工作原理和实现、每种实现方法的特点和适用的范围等。 2 进程间的通信及其实现技术 ---- 用户提交给计算机的任务最终都是通过一个个的进程来完成的。在一组并发进程中的任何两个进程之间,如果都不存在公共变量,则称该组进程为不相交的。在不相交的进程组中,每个进程都独立于其它进程,它的运行环境与顺序程序一样,而且它的运行环境也不为别的进程所改变。运行的结果是确定的,不会发生与时间相关的错误。 ---- 但是,在实际中,并发进程的各个进程之间并不是完全互相独立的,它们之间往往存在着相互制约的关系。进程之间的相互制约关系表现为两种方式: ---- (1) 间接相互制约:共享CPU ---- (2) 直接相互制约:竞争和协作 ---- 竞争——进程对共享资源的竞争。为保证进程互斥地访问共享资源,各进程必须互斥地进入各自的临界段。 ---- 协作——进程之间交换数据。为完成一个共同任务而同时运行的一组进程称为同组进程,它们之间必须交换数据,以达到协作完成任务的目的,交换数据可以通知对方可以做某事或者委托对方做某事。 ---- 共享CPU问题由操作系统的进程调度来实现,进程间的竞争和协作由进程间的通信来完成。进程间的通信一般由操作系统提供编程接口,由程序员在程序中实现。UNIX在这个方面可以说最具特色,它提供了一整套进程间的数据共享与信息交换的处理方法——进程通信机制(IPC)。因此,我们就以UNIX为例来分析进程间通信的各种实现技术。 ---- 在UNIX中,文件(File)、信号(Signal)、无名管道(Unnamed Pipes)、有名管道(FIFOs)是传统IPC功能;新的IPC功能包括消息队列(Message queues)、共享存储段(Shared memory segment)和信号灯(Semapores)。 ---- (1) 信号 ---- 信号机制是UNIX为进程中断处理而设置的。它只是一组预定义的值,因此不能用于信息交换,仅用于进程中断控制。例如在发生浮点错、非法内存访问、执行无效指令、某些按键(如ctrl-c、del等)等都会产生一个信号,操作系统就会调用有关的系统调用或用户定义的处理过程来处理。 ---- 信号处理的系统调用是signal,调用形式是: ---- signal(signalno,action) ---- 其中,signalno是规定信号编号的值,action指明当特定的信号发生时所执行的动作。 ---- (2) 无名管道和有名管道 ---- 无名管道实际上是内存中的一个临时存储区,它由系统安全控制,并且独立于创建它的进程的内存区。管道对数据采用先进先出方式管理,并严格按顺序操作,例如不能对管道进行搜索,管道中的信息只能读一次。 ---- 无名管道只能用于两个相互协作的进程之间的通信,并且访问无名管道的进程必须有共同的祖先。 ---- 系统提供了许多标准管道库函数,如: pipe——打开一个可以读写的管道; close——关闭相应的管道; read——从管道中读取字符; write——向管道中写入字符; ---- 有名管道的操作和无名管道类似,不同的地方在于使用有名管道的进程不需要具有共同的祖先,其它进程,只要知道该管道的名字,就可以访问它。管道非常适合进程之间快速交换信息。 ---- (3) 消息队列(MQ) ---- 消息队列是内存中独立于生成它的进程的一段存储区,一旦创建消息队列,任何进程,只要具有正确的的访问权限,都可以访问消息队列,消息队列非常适合于在进程间交换短信息。 ---- 消息队列的每条消息由类型编号来分类,这样接收进程可以选择读取特定的消息类型——这一点与管道不同。消息队列在创建后将一直存在,直到使用msgctl系统调用或iqcrm -q命令删除它为止。 ---- 系统提供了许多有关创建、使用和管理消息队列的系统调用,如: ---- int msgget(key,flag)——创建一个具有flag权限的MQ及其相应的结构,并返回一个唯一的正整数msqid(MQ的标识符); ---- int msgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgtyp,flag)——向队列中发送信息; ---- int msgrcv(msqid,cmd,buf)——从队列中接收信息; ---- int msgctl(msqid,cmd,buf)——对MQ的控制操作; ---- (4) 共享存储段(SM) ---- 共享存储段是主存的一部分,它由一个或多个独立的进程共享。各进程的数据段与共享存储段相关联,对每个进程来说,共享存储段有不同的虚拟地址。系统提供的有关SM的系统调用有: ---- int shmget(key,size,flag)——创建大小为size的SM段,其相应的数据结构名为key,并返回共享内存区的标识符shmid; ---- char shmat(shmid,address,flag)——将当前进程数据段的地址赋给shmget所返回的名为shmid的SM段; ---- int shmdr(address)——从进程地址空间删除SM段; ---- int shmctl (shmid,cmd,buf)——对SM的控制操作; ---- SM的大小只受主存限制,SM段的访问及进程间的信息交换可以通过同步读写来完成。同步通常由信号灯来实现。SM非常适合进程之间大量数据的共享。 ---- (5) 信号灯 ---- 在UNIX中,信号灯是一组进程共享的数据结构,当几个进程竞争同一资源时(文件、共享内存或消息队列等),它们的操作便由信号灯来同步,以防止互相干扰。 ---- 信号灯保证了某一时刻只有一个进程访问某一临界资源,所有请求该资源的其它进程都将被挂起,一旦该资源得到释放,系统才允许其它进程访问该资源。信号灯通常配对使用,以便实现资源的加锁和解锁。 ---- 进程间通信的实现技术的特点是:操作系统提供实现机制和编程接口,由用户在程序中实现,保证进程间可以进行快速的信息交换和大量数据的共享。但是,上述方式主要适合在同一台计算机系统内部的进程之间的通信。 3 应用程序间的通信及其实现技术 ---- 同进程之间的相互制约一样,不同的应用程序之间也存在竞争和协作的关系。UNIX操作系统也提供一些可用于应用程序之间实现数据共享与信息交换的编程接口,程序员可以通过自己编程来实现。如远程过程调用和基于TCP/IP协议的套接字(Socket)编程。但是,相对普通程序员来说,它们涉及的技术比较深,编程也比较复杂,实现起来困难较大。 ---- 于是,一种新的技术应运而生——通过将有关通信的细节完全掩盖在某个独立软件内部,即底层的通讯工作和相应的维护管理工作由该软件内部来实现,用户只需要将通信任务提交给该软件去完成,而不必理会它的具体工作过程——这就是所谓的中间件技术。 ---- 我们在这里分别讨论这三种常用的应用程序间通信的实现技术——远程过程调用、会话编程技术和MQSeries消息队列技术。其中远程过程调用和会话编程属于比较低级的方式,程序员参与的程度较深,而MQSeries消息队列则属于比较高级的方式,即中间件方式,程序员参与的程度较浅。 ---- 4.1 远程过程调用(RPC)
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IDEA远程调试的工作机制与实现方法解析