线程上下文加载器的理解

目录

• 线程上下文加载器
  • 类加载的“全盘负责”
  • 为什么需要线程上下文加载器
  • 分析JDBC

线程上下文加载器

类加载的“全盘负责”

所谓类加载器的“全盘负责”机制：例如当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的引用的其他Class也将由该类加载器尝试负责加载，除非显示指定另外一个类加载来加载。
如：ClassX引用了ClassY，那么加载ClassX的加载器会去尝试加载ClassY(前提是ClassY尚未加载

为什么需要线程上下文加载器

Java提供了很多服务者接口（Service Provider Interface，SPI），允许第三方为这些接口提供实现。常见的 SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等。
这些 SPI 的接口由 Java 核心库来提供，而这些 SPI 的实现代码则是作为 Java 应用所依赖的 jar 包被包含进类路径（CLASSPATH）里。SPI接口中的代码经常需要加载具体的实现类。那么问题来了，SPI的接口是Java核心库的一部分，是由启动类加载器(Bootstrap Classloader)来加载的；SPI的实现类是由系统类加载器(System ClassLoader)来加载的。引导类加载器是无法找到 SPI 的实现类的（由于类加载的“全盘负责”机制，当某个接口中），因为依照双亲委派模型，BootstrapClassloader无法委派AppClassLoader来加载类。
如：JAXP 中的 javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory类中的 newInstance()方法用来生成一个新的 DocumentBuilderFactory的实例。这里的实例的真正的类是继承自 javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory，由 SPI 的实现所提供的。

而线程上下文类加载器破坏了“双亲委派模型”，可以在执行线程中抛弃双亲委派加载链模式，使程序可以逆向使用类加载器。

分析JDBC

// 加载Class到AppClassLoader（系统类加载器），然后注册驱动类
// Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); 
String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/testdb";    
// 通过java库获取数据库连接
Connection conn = java.sql.DriverManager.getConnection(url, "name", "password"); 

以上就是mysql注册驱动及获取connection的过程，各位可以发现经常写的Class.forName被注释掉了，但依然可以正常运行，这是为什么呢？这是因为从Java1.6开始自带的jdbc4.0版本已支持SPI服务加载机制，只要mysql的jar包在类路径中，就可以注册mysql驱动。
为什么呢？
分析DriverManager代码

static {
  	loadInitialDrivers();
    println("JDBC DriverManager initialized");
}
private static void loadInitialDrivers() {
    String drivers;
    try {
        drivers = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<String>() {
            public String run() {
                return System.getProperty("jdbc.drivers");
            }
        });
    } catch (Exception ex) {
        drivers = null;
    }
    //通过SPI加载驱动类
    AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
    	//下面的这个run方法通过线程上下文加载器就会自动加载Driver的实现类
        public Void run() {
       		//我们在下面分析一下ServiceLoader源代码
            ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
            Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
            try{
                while(driversIterator.hasNext()) {
                	/**
                		driversIterator.next()最终就是调用Class.forName(DriverName, false, loader)方法。
                		因为Class.forName(DriverName, false, loader)代码所在的类在java.util.ServiceLoader类中，
                		而ServiceLoader.class又加载在BootrapLoader中，因此传给 forName 的 loader 必然不能是BootrapLoader，而是线程上下文加载器
                	*/
                    driversIterator.next();
                }
            } catch(Throwable t) {
            // Do nothing
            }
            return null;
        }
    });
    println("DriverManager.initialize: jdbc.drivers = " + drivers);
	// 继续加载系统属性中的驱动类
    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);
        }
    }
}

ServiceLoader源码

 public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
 	//获取线程上下文类加载器
    ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    return ServiceLoader.load(service, cl);
}
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,
                                            ClassLoader loader)
{
     return new ServiceLoader<>(service, loader);
}
private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
    service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
    loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
    acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
    reload();
}
public void reload() {
  	providers.clear();
  	//返回一个LazyIterator对象
    lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
}
private class LazyIterator
        implements Iterator<S>
    {
	private boolean hasNextService() {
	   if (nextName != null) {
	           return true;
	       }
       if (configs == null) {
           try {
           		//private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
               String fullName = PREFIX + service.getName();
               if (loader == null)
                   configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
               else
               		/**
               			ClassLoader中的getResources()方法是从所有jar包中查找符合条件的。
               			只要你遵循约定（把类名写在/META-INF里），那当我启动时我会去扫描所有jar包里符合约定的类名
               		*/
                   configs = loader.getResources(fullName);
           } catch (IOException x) {
               fail(service, "Error locating configuration files", x);
           }
       }
       while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
           if (!configs.hasMoreElements()) {
               return false;
           }
           pending = parse(service, configs.nextElement());
       }
       nextName = pending.next();
       return true;
   }
   private S nextService() {
        if (!hasNextService())
            throw new NoSuchElementException();
        String cn = nextName;
        nextName = null;
        Class<?> c = null;
        try {
        	/**
        		这里会从扫描得到所有配置信息中的类通过Class.forName(cn, false, loader);进行加载
        		如在mysql-connector-java-5.1.25.jar包下的META-INF下有一个配置文件
        		java.sql.Driver中配置由com.mysql.jdbc.Driver
        	*/
            c = Class.forName(cn, false, loader);
        } catch (ClassNotFoundException x) {
            fail(service,
                 "Provider " + cn + " not found");
        }
        if (!service.isAssignableFrom(c)) {
            fail(service,
                 "Provider " + cn  + " not a subtype");
        }
        try {
            S p = service.cast(c.newInstance());
            providers.put(cn, p);
            return p;
        } catch (Throwable x) {
            fail(service,
                 "Provider " + cn + " could not be instantiated",
                 x);
        }
        throw new Error();          // This cannot happen
    }
}

com.mysql.jdbc.Driver

public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
	static {
		try {
			/**
			private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>();
				最后会调用registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver, da));
				到此驱动注册基本完成
			*/
			java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
		} catch (SQLException E) {
			throw new RuntimeException("Can't register driver!");
		}
	}

	public Driver() throws SQLException {
		// Required for Class.forName().newInstance()
	}
}

然后我们再回到DriverManager的getConnection

private static Connection getConnection(
        String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException {
    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;
	//遍历注册到registerDrivers里的Driver类
    for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
        //检查Driver类有效性
        if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) {
            try {
                println("    trying " + aDriver.driver.getClass().getName());
                // 调用com.mysql.jdbc.Driver.connect方法获取连接
                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");
}
private static boolean isDriverAllowed(Driver driver, ClassLoader classLoader) {
   boolean result = false;
    if(driver != null) {
        Class<?> aClass = null;
        try {
        	//传入的classLoader为调用getConnection的当前类加载器，从中寻找driver的class对象
            aClass =  Class.forName(driver.getClass().getName(), true, classLoader);
        } catch (Exception ex) {
            result = false;
        }
        //注意，只有同一个类加载器中的Class使用==比较时才会相等，此处就是校验用户注册Driver时该Driver所属的类加载器与调用时的是否同一个
        //driver.getClass()拿到就是当初执行Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")时的应用AppClassLoader
         result = ( aClass == driver.getClass() ) ? true : false;
    }
    return result;
}