Java中线程上下文类加载器超详细讲解使用
作者:Brycen Liu
一、什么是线程上下文类加载器
线程上下文类加载器(Context Classloader)是从JDK1.2开始引入的,类Thread中的getContextClassLoader()和setContextClassLoader(ClassLoader cl)分别用来获取和设置上线文类加载器。
如果没有通过setContextClassLoader(ClassLoader cl)进行设置的话,线程将继承其父线程的上下文类加载器。
Java应用运行时的初始线程的上下文类加载器是系统类加载器。在线程中运行的代码可以通过该类加载器来加载类与资源。
1.1、重要性
它可以打破双亲委托机制,父ClassLoader可以使用当前线程的Thread.currentThread().getContextClassLoader()所指定的classLoader来加载类,这就可以改变父ClassLoader不能使用子ClassLoader或是其他没有直接父子关系的ClassLoader加载的类的情况,即改变了双亲委托模型
1.2、使用场景
对于SPI来说,有些接口是Java核心库所提供的,而Java核心库是由启动类加载器加载的,而这些接口的实现却是来自于不同jar包(厂商提供),Java的启动类加载是不会加载其他来源的jar包,这样传统的双亲委托模型就无法满足SPI的要求。而通过给当前线程设置上下文类加载器,就可以由设置的上线文类加载器来实现与借口哦实现类的加载。
二、ServiceLoader简单介绍
它是一个简单的加载服务提供者的机制。通常服务提供者会实现服务当中所定义的接口。服务提供者可以以一种扩展的jar包的形式安装到java平台上扩展目录中,也可以添加到应用的classpath中。
- 服务提供者需要提供一个无参数的构造方法
- 服务提供者是通过在META-INF/services目录下相应的提供者配置文件,该配置文件的文件名由服务接口的包名组成。
- 提供者配置文件里面就是实现这个服务接口的类路径,每个服务提供者占一行。
- ServiceLoader是按需加载和实例化提供者的,就是懒加载,ServiceLoader其中还包含一个服务提供者缓存,里面存放着已经加载的服务提供者。
- ServiceLoader会返回一个iterator迭代器,会返回所有已经加载了的服务提供者。
- ServiceLoader是线程不安全的
问题分析:
服务的接口通常是由启动类加载器去加载的,那么它又是怎么去访问到我们放在应用classpath下的扩展服务提供者的呢?
其内部是通过扫描提供者配置文件,通过线程上下文类加载器来加载具体的实现类,线程上线文毋庸置疑默认就是我们的系统类加载器,这样就可以访问到我们具体的服务提供者了。
三、案例
3.1、使用ServiceLoader加载mysql驱动
package com.brycen.classloader; import java.sql.Driver; import java.util.Iterator; import java.util.ServiceLoader; public class MyTest26 { public static void main(String[] args) { ServiceLoader<Driver> loader = ServiceLoader.load(Driver.class); Iterator<Driver> iterator = loader.iterator(); while (iterator.hasNext()){ Driver dirver = iterator.next(); System.out.println(dirver.getClass()+", 类加载器:"+dirver.getClass().getClassLoader()); } System.out.println("当前线程上线文类加载器:"+Thread.currentThread().getContextClassLoader()); System.out.println("ServiceLoader类加载器:"+loader.getClass().getClassLoader()); } }
运行结果:
Driver接口的两个实现类是由系统类加载器加载的,而我们的ServiceLoader类加载又是启动类加载,此时正是因为使用线程类加载器中的系统类加载器。如果在加载之前,我们修改线程上线文类加载器为扩展类加载器时,那我们的两个实现类就加载不了了。
class com.mysql.jdbc.Driver, 类加载器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
class com.mysql.fabric.jdbc.FabricMySQLDriver, 类加载器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
当前线程上线文类加载器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
ServiceLoader类加载器:null
3.2、Class.forName加载Mysql驱动
public class MyTest27 { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, SQLException { //加载并初始化com.mysql.jdbc.Driver Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username", "password"); } }
3.2.1、com.mysql.jdbc.Driver
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver { public Driver() throws SQLException { } //静态代码块,初始化的时候会执行 static { try { //主动使用DriverManager,则该类也会初始化 //初始化完成后就调用DriverManager的registerDriver方法将自身添加到驱动集合中。 DriverManager.registerDriver(new Driver()); } catch (SQLException var1) { throw new RuntimeException("Can't register driver!"); } } }
3.2.2、java.sql.DriverManager初始化
由于上面主动使用了DriverManager,那么该类也会初始化
public class DriverManager { // 注册JDBC驱动的集合 private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>(); ... ... static { //当初始化的时候会执行该方法 loadInitialDrivers(); println("JDBC DriverManager initialized"); } ... ... private static void loadInitialDrivers() { String drivers; //通过获取系统参数来加载jdbc的驱动,如果没有该参数则返回null try { drivers = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<String>() { public String run() { return System.getProperty("jdbc.drivers"); } }); } catch (Exception ex) { drivers = null; } AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() { public Void run() { //通过ServiceLoader来加载驱动,ServiceLoader已经在上面讲解过了 ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class); Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator(); try{ //这里会将加载到的驱动保存到上面的registeredDrivers集合中去 while(driversIterator.hasNext()) { driversIterator.next(); } } catch(Throwable t) { // Do nothing } return null; } }); println("DriverManager.initialize: jdbc.drivers = " + drivers); if (drivers == null || drivers.equals("")) { return; } String[] driversList = drivers.split(":"); println("number of Drivers:" + driversList.length); for (String aDriver : driversList) { try { println("DriverManager.Initialize: loading " + aDriver); Class.forName(aDriver, true, ClassLoader.getSystemClassLoader()); } catch (Exception ex) { println("DriverManager.Initialize: load failed: " + ex); } } } ... ...
3.2.3、调用DriverManager的registerDriver方法
当我们的DriverManager初始化完成之后,com.mysql.jdbc.Driver中的静态代码块就会执行registerDriver方法,然后将自身注册到registeredDrivers集合中去,这样就完成了注册驱动了
注:显而易见,从DriverManager中的loadInitialDrivers我们可以得知,我们及时不使用Class.forName(“com.mysql.jdbc.Driver”),mysql的驱动也能被加载,这是因为后期jdk使用了ServiceLoader
... ... //这个方法在com.mysql.jdbc.Driver初始化的时候被调用 public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver) throws SQLException { //将驱动注册到registeredDrivers集合中去 registerDriver(driver, null); } ... ...
3.2.4、执行DriverManager.getConnection方法
@CallerSensitive public static Connection getConnection(String url, String user, String password) throws SQLException { java.util.Properties info = new java.util.Properties(); //封装用户名和密码 if (user != null) { info.put("user", user); } if (password != null) { info.put("password", password); } //调用getConnection,并把基本信息和调用者的class(这里就是我们的MyTest27.class) //Reflection.getCallerClass()是个本地方法,返回调用者的class return (getConnection(url, info, Reflection.getCallerClass())); } private static Connection getConnection( String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException { //这里获取调用者的类加载器,如果为null则获取线程上下文类加载 //从而实现能够在DirverManager中访问到放在我们classpath目录下的驱动 ClassLoader callerCL = caller != null ? caller.getClassLoader() : null; synchronized(DriverManager.class) { // synchronize loading of the correct classloader. if (callerCL == null) { callerCL = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); } } if(url == null) { throw new SQLException("The url cannot be null", "08001"); } println("DriverManager.getConnection(\"" + url + "\")"); SQLException reason = null; for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) { //判断每一个驱动是否有权限,这里的权限就是判断该驱动的类加载器 //和上面获取到的类加载器是否一致 if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) { try { println(" trying " + aDriver.driver.getClass().getName()); Connection con = aDriver.driver.connect(url, info); if (con != null) { // Success! println("getConnection returning " + aDriver.driver.getClass().getName()); return (con); } } catch (SQLException ex) { if (reason == null) { reason = ex; } } } else { println(" skipping: " + aDriver.getClass().getName()); } } // if we got here nobody could connect. if (reason != null) { println("getConnection failed: " + reason); throw reason; } println("getConnection: no suitable driver found for "+ url); throw new SQLException("No suitable driver found for "+ url, "08001"); }
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