OSGi规范中文版（第5版 core R6.0.0）-第3章模块层（Module Layer）3[译]

3.5 类加载机制许多Bundle可以共享一个虚拟机（VM），具体可参考[1] Java Virtual Machine Specification, Second Edition。在VM内部，Bundle可以与其他Bundle之间隐藏package/class，以及共享package。隐藏和共享package的关键因素由java类加载器实现，类加载器则通过bundle-space

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wzumath · 2014-06-17 16:36:21 发布

3.5 类加载机制

许多Bundle可以共享一个虚拟机（VM），具体可参考[1] Java Virtual Machine Specification, Second Edition。在VM内部，Bundle可以与其他Bundle之间隐藏package/class，以及共享package。

隐藏和共享package的关键因素由java类加载器实现，类加载器则通过bundle-space详细定义的规则加载类。每一个Bundle只会有一个单独的类加载器，类加载的代理网络结构模型如图3.4。

图 3.4 类加载代理模型

类加载器可以通过如下方式加载class和resource：

Boot class path – boot classpath包含java.* package和对应的实现package。
Framework class path –Framework通常有一个独立的类加载器，加载Framework实现的类以及关键服务接口。
Bundle Space –Bundle space由一系列相关的JAR文件组成，或者是紧密相关的JAR文件片段（具体可参考3.14Fragment Bundles）

类空间是指一个给定的bundle类加载器可以访问到的所有的类。故，一个指定的Bundle类空间包含如下内容：

parent类加载器（通常来自boot classpath中的java.* package）
Import package
Required bundle
Bundle的class path（private package）
附加的fragment

类空间必须具有一致性，也就是说不能存在同名的2个class（为了防止类声明错误），但是，在OSGi框架中，不同的类空间可以存在同名的类。在模块层，支持不同版本的类，加载到相同的虚拟机中。
图3.5展示了BundleA的类空间，BundleA的右侧顶部不在类空间内，因为这部分描述被export替代的内容BundleA自身不可访问。

图3.5 类空间

在类加载过程中，Framework需要完成一系列的职责，在使用Bundle之前，必须对共享的package约束关系进行解析，选择一个最合适的类并创建wiring，具体可以参考3.8解析过程一节，在3.9运行期类加载一节中也描述了一些运行期的特性。

3.5.1 解析过程（resolving）

Framework必须支持Bundle解析。解析过程是指如何处理import包和export包的wire关系。解析过程需要满足约束条件（manifest中的Import/Export Package, Require-Bundle, Fragment-Host），而且resolving必须在Bundle中的代码加载或运行之前。
Wire是指exporter 和importer（都是Bundle）之间的实际关联关系，wire还关联到一系列的约束条件，这些约束都在manifest中定义，一个有效的wire必须满足对应所有约束，下图3.6描述了wiring模型的类结构

图3.6 wiring模型的类结构示例

3.6 Metadata解析

这一节定义了manifest header为resolver提供的metadata。

3.6.1 Bundle-ManifestVersion

Bundle manifest必须指定version，而且需要遵循OSGi manifest header语法，于是这个version由Bundle-ManifestVersion header提供。使用本规范以及后续版本的Bundle必须指定Bundle-ManifestVersion，语法如下：
Bundle-ManifestVersion ::= number // See 1.3.2

Framework中Bundle的manifest版本必须是’2’，以前版本Bundle的manifest版本为’1’，通常在这样的情况manifest中是无法表描述的。因此，如果版本值不为’2’时，Framework必须明确指明支持后续版本，否则都是无效的标记。
OSGi Framework的实现也可以支持没有Bundle-ManifestVersion的manifest，这样可以与Framework 1.2兼容。
版本为’2’的Bundle必须指定Bundle的Symbolic Name，而且不需要指定Bundle的版本，这个header头可以有默认值。

3.6.2 Bundle-SymbolicName

Bundle-SymbolicName manifest header必须指定。通过Bundle的symbolic name和bundle version确定一个唯一的Bundle；也就是说2个Bundle有同样的symbolic name和bundle version，那么这2个Bundle在Framework中是同一个Bundle。具体参考4.4.1 Bundle标识符

唯一的symbolic name由开发者确定（manifest中的Bundle-Name设计需要具有可读性），Bundle-SymbolicName语法如下：
Bundle-SymbolicName ::= symbolic-name
( ';' parameter ) * // See 1.3.2

Framework必须识别如下Bundle-symbolicName中的指令：

singleton –表示这个Bundle只有一个版本可以resolve。如果这个值是true，那么表示这是一个单例的Bundle，默认值是false。当同名并且设置为singleton的Bundle的多个版本同时安装在Framework中时，那么Framework最多只能对一个Bundle进行resolve。这是如果2个Bundle的symbolic name相同，那么singleton的Bundle并不会影响到非singleton的Bundle的处理。
fragment-attachment –定义了哪些fragment可以附加到Bundle上，参考3.14Bundle片段一节，下面定义了哪些值是合法的：
always –片段可以在host解析完成之后，或者解析过程中附加上去。
never –不允许附加片段
resolve-time –片段必须在解析过程中附加
mandatory –提供mandatory属性列表，表示如果这些不是专门用于requirement (Require-Bundle, Fragment-Host)，那么Bundle不会被匹配，具体参考3.7.7 Mandatory属性
bundle-version –Bundle-Version header值或者0，如果没有这个header，那么表示此属性设置是错误的。示例: Bundle-SymbolicName: com.acme.foo;singleton:=true

3.6.3 Bundle-Version

Bundle-Version是一个可选header，默认值是0.0.0
示例：Bundle-Version ::= version // 参考 3.2.5
如果小版本号(minor)和微版本号(micro)没有指定，那么默认值为0。如果限定部分没有指定，那么默认值是空字符串("")。
版本是可以进行比较的，比较规则按主版本号、小版本号、微版本号的顺序依次进行。最后是字符串的限定符比较。
示例：
Bundle-Version: 22.3.58.build-345678

3.6.4 Import-Package

Import-Package header定义了共享包的import约束。Import-Package的语法如下：
Import-Package ::= import ( ',' import )*
import ::= package-names ( ';' parameter )*
package-names ::= package-name
( ';' package-name )* // 参考 1.3.2
在header中可以定义多个import package，每条import定义描述了一个bundle中单独的package，多个package以分号方式分割。

Import package指令如下：

resolution – 如果值是mandatory，那么这个package必须被resolve，这个是默认值。如果mandatory的package不能被resolve，那么这个Bundle resolve会失败。Optional表示这个package是可选的。具体参考可选3.7.4 Package一节。开发者可以指定特定的匹配属性，具体参考3.7.6 属性匹配.这些特定的匹配属性预定义如下：
version – 选择export package版本的版本范围，语法定义在3.2.6 版本范围。更多版本选择信息参考3.7.3 语义版本。如果这个属性没有指定，那么默认值是[0.0.0, ∞)。
specification-version – 这个属性是verison属性的别名，从早期版本中迁移过来。如果version属性已经被指定，那么这2个值必须相等。
bundle-symbolic-name – Bundle的标记名。在Bundle片段中，这个是指主Bundle的标记名。
bundle-version – export Bundle的版本范围。默认值是[0.0.0, ∞)。具体参考3.7.3语义版本。在Bundle片段中，这个是指主Bundle的版本。

为了允许import package（除java.开头的package），Bundle必须有PackagePermission[, IMPORT]。更多信息参考package权限一节。
当出现以下任意一个错误时将会终止安装或者更新：

一个指令或者属性多次重复出现
对同一个package多次重复定义import
version或者specification-version属性不匹配正确定义示例如下： Import-Package: com.acme.foo;com.acme.bar; version="[1.23,1.24]";resolution:=mandatory

3.6.5 Export-Package
Export-Package头语法与Import-Package头的语法类似，只是一些指令和属性不同。
Export-Package ::= export ( ',' export )*
export ::= package-names ( ';' parameter )*
package-names ::= package-name ( ';' package-name )* // 参考 1.3.2
这个header允许多个package被export。每条export定义描述了一个bundle中单独的package，多个package以分号方式分割。多个重复定义的export package是允许的（不同的import属性都需要这些不同的export 版本）。

Export指令：

uses – export package需要使用的package列表。注意值中有逗号使用时，这个值必须被闭合的双引号包含。如果export package被选中，那么resolver必须确保import里的package关联了正确的版本，具体参考3.7.5 package约束。
mandatory – 逗号分隔的属性名列表。注意值中有逗号使用时，这个值必须被闭合的双引号包含。Bundle import package必须指定mandatory属性匹配的值用于export pakage解析。具体参考3.7.7 Mandatory属性
include – 逗号分隔对import的可见列表，注意值中有逗号使用时，这个值必须被闭合的双引号包含。具体参考3.7.8 Class Filter
exclude – 逗号分隔对import的不可见列表，注意值中有逗号使用时，这个值必须被闭合的双引号包含。具体参考3.7.8 Class Filter

以下属性是这节规范的一部分：

version – package version语法定义在3.2.5 version。默认值是0.0.0
specification-version – version的别名

另外，特定的匹配属性可以被指定。Framework会自动关联每个export package，export package定义如下属性：

bundle-symbolic-name –export Bundle的标记名。
bundle-version – export Bundle的version。当下面任意的一个条件成立时，安装或者更新将会被终止：
一条指令或者多个属性重复出现多次
bundle-symbolic-name或者bundle-version属性被指定在Export-Package头里。

export定义并不是自动import定义。一个export package但是没有import package的Bundle，将会通过bundle的class path获得package。对于只有export package的Bundle，这个Bundle只能被其他Bundle使用，不会接受从另外一个Bundle来的package，这个Bundle要import package优先从自己的class path中选择。
对于export package，Bundle必须有PackagePermission[, IMPORT]。
示例：
Export-Package: com.acme.foo;com.acme.bar;version=1.23

3.6.6 导入导出package

Bundle之间协作要求使用相同的classloader用于协作类型。如果多个Bundleexport的package放在不相交的类空间，那么他们之间无法协作。当Bundle需要import exported 的package时需要明显改善协作，而这些import允许framework来代替export和import。
不能通过替换来增强协作，导入export package只能工作于没有实现细节API的环境，故只在以下几种情况Import of exported packages：

export package没有使用私有package。
至少有一个私有package引用export package，如果没有这个引用存在，那么这个import是没有意义的。

在实际中，importing exported packages只能使用干净的API实现分离。OSGi服务都是尽可能的设计成独立的。很多库的API和实现混合在一起并且在同一个package下以至不能很好替换API package。导入一个export过的package必须根据兼容性要求提供一个版本范围，无论是consumer或者provider的API。具体参考3.7.3语义版本一节

3.6.7 遗留Bundle

如果Bundles的Bundle-ManifestVersion的值不是2或比2大，则必须按照版本3中定义的header头。框架必须将版本3中的头映射为版本4中合适的header：

Import-Package –一个引入定义必须修改规范版本属性为版本属性。不含规范属性的引入定义不需要做任何修改，因为版本3中的默认值也是0.0.0
Export-Package – 一个输出定义必须修改规范版本属性为版本属性。输出定义必须附加指令uses。uses指令必须包含所有为这个给定的bundle引入的和输出的packages。另外，如果package没有引入定义，那么必须为它添加一个含有给定版本的引入定义。
DynamicImport-Package – 动态引入定义没有变化。一个bundle的manifest包含了多个版本的混合语法是错误的，并且必须是这个bundle的安装失败。在版本2的headers中，属性specification-version是deprecated的，应该使用version来代替它。

3.7 约束解决

OSGi Framework package resolver提供了一系列的匹配import和export的机制，本节详细描述这些机制。

3.7.1 图表和语法

线（wire）和节点（node）组成图标，和Bundle一样，包含了大量重要信息。在下一节中，采用以下约定来阐述详细信息：
Bundle的名字为A,B,C…（即从A开始的大写字母）。Package名字则使用p, q, r, s, t,...（即从p开始的小写字母）。如果version很重要，那么在后面在一个短横线，如q-1.0。语法A.p表示Bundle A中定义了(import或export) package p。
import采用白色框来表示，export则使用黑色框来表示，没有import和export的包称之为private package，用斜线网格背景表示。
Bundle是一系列关联方框的集合。Bundle之间的关联用线(wire)表示，而约束条件则写在这些线上。

图3.7

例如:
A: Import-Package: p; version="[1,2)"
Export-Package: q; version=2.2.2; uses:=p
Require-Bundle: C
B: Export-Package: p; version=1.5.1
C: Export-Package: r

图 3.8 描述了A，B，C这3个Bundle的关系

图 3.8 Bundle图示例

3.7.2 版本(version)约束

版本约束定义import采用精确的版本号或者版本范围描述来匹配export。
一个import定义必须指定一个（import）版本范围，就像属性version一样，并且输出者必须指定一个（export）版本属性。版本范围匹配规则具体参考3.2.6版本范围一节。
例如以下的import和export定义可以被正常解析：
A: Import-Package: p; version="[1,2)"
B: Export-Package: p; version=1.5.1
如图3.9描述了这个约束关系

图3.9 版本约束

3.7.3 语义版本

版本范围通过编码考虑兼容性，OSGi framework并没有定义具体兼容性编码原则，强烈建议使用下面的语义。
传统意义上，兼容性是指2者之间的相容性，一个是指consumer的代码，另一个是指provider的代码，API兼容性基础设计具体为3部分：

API 自身
provider API
consumer API

Provider API是一个密切相关的API，几乎所有的API变化，都会使得provider需要实现不兼容的新版本的API，然而，API的变化从consumer角度则会有更多的回旋余地。许多API可以改变consumer的向后兼容性，但几乎没有任何API可以改变provider的向后兼容。
provider API和consumer API的兼容规则如下：

major – 不兼容更新（consumer API和provider API）
minor –consumer API向后兼容更新，除了provider API.
micro – 不影响API的改变，例如，错误的注释.

Consumers和Providers都应该使用他们的编译版本作为基础版本，建议忽略微版本号，当修复部署最近的bug微版本号时会使得系统变得生硬，例如，编译版本4.2.1.V201007221030，基础版本应该为4.2
一个Consumer API应该import基础版本的起始和主版本号的结束，如[4.2,5)。Provider应该import到下一个次版本号的结束，如[4.2,4.3)。

3.7.4 语义版本类型角色

在语义版本中提到客户端API package有2种角色：
API consumers 和API providers。API消费者为API接口或者抽象类，API提供者则是API实现。对API提供者来说清晰的API文档描述非常重要，因为API提供者需要根据文档来实现API。

3.7.4 可选package

Bundle可以指明它不需要正确解析的package，但是这个package如果可用则使用之。例如，登录过程是很重要的，但是如果没有登录服务，Bundle也是可以正常运行的。
可选import package可以通过以下方式指明：

Dynamic Imports –DynamicImport-Package头描述了需要的export package。如果Bundle在调用之前不知道具体的类，大多采用Class.forName方法处理。
Resolution指令–在import中定义一个resolution指令并且指定一个可选值。如果没有合适的可选package，那么Bundle也是可以正常解析的。 Resolution和DynamicImport这2种机制的区别：对于动态导入，每次加载包中的类都会尝试与动态导入包建立连接，而可选导入包只有在bundle解析的时候才进行连接尝试。导入定义的resolution指令中，它的值可以为mandatory(强制的)或者是optional(可选的)。
mandatory – (默认值)表示Bundle解析的时候，package必须连接到这个Bundle。
optional – 指定package没有被连接到时，Bundle也能够被解析，即类加载的时候这个package不会被import进去。

下面的示例显示了Bundle B没有提供正确可匹配版本的情况下，Bundle A也能够被解析.
A: Import-Package: p; resolution:=optional; version=1.6
B: Export-Package: p; q; version=1.5.0

图 3.10 可选import

在Bundle实现中，需要考虑可选package没有加载的情况，如果抛出一个找不到package的异常信息，这可以帮助在Bundle classpath中对package做回退处理。当可选package不能被resolve时，任何通过这个package尝试加载的import package都是不存在的。
Bundle的package类可以通过Bundle classpath或者动态加载。

3.7.5 package约束

一个类可以依赖于其他package中的类。例如，继承自其他package中的类，或者这些类出现在方法声明中，这种情况可以称为一个package使用其他package。这种package之间的关系通过在Export-Package中使用uses指令实现。
例如，org.osgi.service.http依赖使用javax.servlet，他们之间的这个关系描述成org.osgi.service.http;uses:= "javax.servlet"

为了保证类空间的一致性，需要设置Bundle中的每一个package只有对应的一个export。例如，Http服务实现需要继承javax.servlet.http.HttpServlet这个基础类，如果Http服务Bundle需要import版本2.4而实际import了2.1版本时，必然会发生class cast异常。如图3.11

图 3.11 Uses 指令A,B需要使用D中的javax.servlet

如果Bundle从exporter中import package，那么export可以通过uses指令定义一些对其他package的约束。uses指令列出了exporter中依赖的一系列package，这些约束保证了这一系列Bundle对于相同的package共享同一个classloader。
如果importer导入了含有uses约束的package，resolver必须通过约束来建立import和export之间的连接。Exporter也有同样的约束。单个import package和exporter之间可以有很多约束。
implied package约束是指通过递归循环构建的约束集合，Implied package约束不是自动导入。更进一步，implied package约束只包括了必须解析的内容（在import中定义描述的内容）。
如图3.12，Bundle A import package p，这里假设定义的p连接到Bundle B。由于uses指令（这里省略uses指令描述）隐含了对package q的约束。进一步说，假设对package q的import关联到Bundle C，那么也就隐含了对package r和s的约束。接下来，假设C.s和C.r分别连接到Bundle D和E，那么这两个Bundle都将package t添加到Bundle A的依赖包集合中。

图3.12 Implied Packages

为了维护类空间的一致性，Framework必须确保Bundle的import不能和任何Bundle的implied package存在冲突。
例如，Framework必须保证A.t的import定义连接到D.t。这时如果import定义连接到package F.t，这就违背了类空间一致性。由于在Bundle A中同时存在来自Bundle D和F的类，这会导致ClassCastException。或者，如果让所有Bundle都连接到F.t，则也可以解决这个问题。
另一种情况如图3.11，Bundle A import了B中的Http服务，Bundle B包含org.osgi.service.http和the javax.servlet，而Bundle A和Bundle B都有连接到javax.servlet的约束。

下面的uses指令的设置导致不能正常解析示例：
A: Import-Package: q; version="[1.0,1.0]"
Export-Package: p; uses:="q,r",r
B: Export-Package: q; version=1.0
C: Export-Package: q; version=2.0

当A.q连接到B.q，而不是C.q时，这个时候能够解析。如果添加Bundle D则会导致不能解析：
D: Import-Package: p, q; version=2.0
D.q必须连接A.p，但是，A.p中包含uses指令，以至A.q连接到B.q-1.0，而D.q需要2.0版本，这违背了类空间约束。
图3.13描述了这种情况

图3.13 uses指令和解析

3.7.6 属性匹配

属性匹配允许importer和exporter通过说明性方式影响匹配过程处理。为了使得import定义可以解析为export定义，import中定义的属性值必须要和export中定义的属性值匹配。在默认情况下，如果export中包含的属性没有出现在import定义中，匹配过程将会继续进行。如果在export定义中指定了mandatory指令（强制），Framework会在import中强制匹配这些属性。在resolve阶段，对于出现在字段DynamicImport- Package中的任何信息都是会被忽略处理的。
例如，下例的语句是匹配的：
A: Import-Package: com.acme.foo;company=ACME
B: Export-Package: com.acme.foo; company="ACME"; security=false

所有属性值都是通过字符串方式进行比较（忽略属性中开始和结尾部分的空格），除了version和bundle- version属性。version和bundle- version采用版本范围的比较方法。

3.7.7 Mandatory属性（强制属性）

属性有两种类型：mandatory（强制）和optional（可选）。mandatory属性表示必须匹配的属性。optional属性表示在import时可以不考虑的属性，属性默认值为optional。
exporter可以在export定义中通过mandatory指令指定mandatory属性（指令包含了一个逗号分割的属性名称列表，表示在import描述中必须强制匹配的属性）。如下所示，import package和export package是不匹配的，由于在Bundle A中没有指定security属性：
A: Import-Package: com.acme.foo;company=ACME
B: Export-Package: com.acme.foo; company="ACME"; security=false; mandatory:=security

3.7.8 类过滤

exporter可以在export定义使用include和exclude指令限制类的访问范围。这两条指令的值都是逗号分割的类名列表。需要注意的是，逗号需要用双引号包括起来。类名不能包含package name，而且不能含有后缀.class。即类com.acme.foo.Daffy在指令中名称为Daffy。类名中可以含有通配符(’*’ \u002A)。

include指令，默认值为通配符(’*’ \u002A)（表示匹配所有的名称），即所有的类和资源。
exclude指令，默认值为空（表示没有匹配的名称）。如果指定了这两个指令的值，那么默认值就被覆盖了。
如果满足以下条件，表示类是可见的：

在include中匹配一条记录，而且在exclude中没有记录可以匹配
在其他情况下，load或者find class失败，classloder会抛出一个无法找到类的异常（ClassNotFoundException）。在include和exclude中，不考虑顺序。下例是一个可见性示例：必须小心使用filter。例如，模块中的一个新版本需要和旧版本兼容，那么就不应该将旧版本中没有filter的类和资源filter掉。例如，定义的package通常在正式package中有一个实现类，而正式package对定义package有访问权限。

package org.acme.open;
public class Specified {
        static Specified implementation;
        public void foo() { implementation.foo(); }
}
package org.acme.open;
public class Implementation {
        public void initialize(Specified implementation) {
             Specified.implementation = implementation;
        }
}

对于扩展Bundle的实现类必须是不可见的。这时可以将实现类排除在外，使得只有export Bundle可以访问这个类。export定义的标记描述如：
Export-Package: org.acme.open; exclude:=Implementation

3.7.9 Provider selection

Provider selection允许importer选择一个Bundle作为exporter。如果importer和exporter之间没有任何约束，那么使用Provider selection，而且importer与一个特定的exporter紧密关联，一般情况下是用于Bundle测试。为了降低连接的脆弱性，importer可以指定一个可选的版本范围。

Importer可以通过import的bundle-symbolic-name、bundleversion属性来选择一个exporter，并且在Framework中能够自动为每个export定义提供这些属性，但是这些属性不能在export定义中进行指定。
Export中的bundle-symbolic-name属性是指Bundle的符号名称，对应在header头中的Bundle-SymbolicName。bundle-version对应header头中的Bundle-Version值，默认值是0.0.0。
bundle-symbolic-name采用属性匹配方式，bundle-version则是以版本范围方式比较。Import必须是一个版本范围而export是一个版本号。

示例，下面的定义是可以匹配的：
A: Bundle-SymbolicName: A
Import-Package: com.acme.foo; bundle-symbolic-name=B; bundle-version="[1.41,2.0.0)"
B: Bundle-SymbolicName: B
Bundle-Version: 1.41
Export-Package: com.acme.foo
下面的示例是不能匹配的，因为Bundle B没有指定版本号，默认版本为0.0.0：
A: Bundle-SymbolicName: A
Import-Package: com.acme.foo; bundle-symbolic-name=B; bundle-version="[1.41,2.0.0)"
B: Bundle-SymbolicName: B
Export-Package: com.acme.foo;version=1.42

将package和Bundle强耦合在一起后，通过符号名称来选择一个exporter会导致结果脆弱。例如，如果一个exporter被重构为多个Bundle，那么所有涉及的importer都将需要修改，其他任意属性匹配由于独立性而不存在这个缺陷。
Bundle重构时由符号名称带来的脆弱性问题，可以使用与原Bundle同名的façade Bundle来解决部分问题。

3.8 解析过程

Resolving是指Bundle之间建立连接的处理过程，连接之间的约束由以下条件静态定义：

任意一个bundle被resolve时，在相同的namespace下capability中任何一个mandatory requirement都必须匹配
Required的可执行环境定义在header头Bundle-RequiredExecutionEnvironment
Native代码
Import和export package（不考虑DynamicImport-Package）
Required bundle，具体定义参考3.13 Requiring Bundle
Fragment，提供内容和定义，在3.14 bundle Fragment有详细定义

Bundle如果满足以下条件，则可以被resolve：

Execution Environment – 在Bundle-RequiredExecutionEnvironment中至少提供一个可执行环境，具体参考8.2 osgi.ee Namespace
Native code – native代码依赖具体在Bundle-NativeCode指定，具体参考3.10 Loading Native Code Libraries

解析过程是一个约束求解算法，使用关联关系进行描述，解析过程也是一个求解空间的迭代搜索过程。
如果一个模块（module）在import和export中有相同的package定义，那么Framework需要决定如何选择，首先必须处理重复的import定义，下面是可能的结果：