線程上下文加載器的理解

目錄

• 線程上下文加載器
  • 類加載的“全盤負責”
  • 為什么需要線程上下文加載器
  • 分析JDBC

線程上下文加載器

類加載的“全盤負責”

所謂類加載器的“全盤負責”機制：例如當一個類加載器負責加載某個Class時，該Class所依賴的引用的其他Class也將由該類加載器嘗試負責加載，除非顯示指定另外一個類加載來加載。
如：ClassX引用了ClassY，那么加載ClassX的加載器會去嘗試加載ClassY(前提是ClassY尚未加載

為什么需要線程上下文加載器

Java提供了很多服務者接口（Service Provider Interface，SPI），允許第三方為這些接口提供實現。常見的 SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等。
這些 SPI 的接口由 Java 核心庫來提供，而這些 SPI 的實現代碼則是作為 Java 應用所依賴的 jar 包被包含進類路徑（CLASSPATH）里。SPI接口中的代碼經常需要加載具體的實現類。那么問題來了，SPI的接口是Java核心庫的一部分，是由啟動類加載器(Bootstrap Classloader)來加載的；SPI的實現類是由系統類加載器(System ClassLoader)來加載的。引導類加載器是無法找到 SPI 的實現類的（由於類加載的“全盤負責”機制，當某個接口中），因為依照雙親委派模型，BootstrapClassloader無法委派AppClassLoader來加載類。
如：JAXP 中的 javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory類中的 newInstance()方法用來生成一個新的 DocumentBuilderFactory的實例。這里的實例的真正的類是繼承自 javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory，由 SPI 的實現所提供的。

而線程上下文類加載器破壞了“雙親委派模型”，可以在執行線程中拋棄雙親委派加載鏈模式，使程序可以逆向使用類加載器。

分析JDBC

// 加載Class到AppClassLoader（系統類加載器），然后注冊驅動類
// Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); 
String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/testdb";    
// 通過java庫獲取數據庫連接
Connection conn = java.sql.DriverManager.getConnection(url, "name", "password"); 

以上就是mysql注冊驅動及獲取connection的過程，各位可以發現經常寫的Class.forName被注釋掉了，但依然可以正常運行，這是為什么呢？這是因為從Java1.6開始自帶的jdbc4.0版本已支持SPI服務加載機制，只要mysql的jar包在類路徑中，就可以注冊mysql驅動。
為什么呢？
分析DriverManager代碼

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;
    }
    //通過SPI加載驅動類
    AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
    	//下面的這個run方法通過線程上下文加載器就會自動加載Driver的實現類
        public Void run() {
       		//我們在下面分析一下ServiceLoader源代碼
            ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
            Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
            try{
                while(driversIterator.hasNext()) {
                	/**
                		driversIterator.next()最終就是調用Class.forName(DriverName, false, loader)方法。
                		因為Class.forName(DriverName, false, loader)代碼所在的類在java.util.ServiceLoader類中，
                		而ServiceLoader.class又加載在BootrapLoader中，因此傳給 forName 的 loader 必然不能是BootrapLoader，而是線程上下文加載器
                	*/
                    driversIterator.next();
                }
            } catch(Throwable t) {
            // Do nothing
            }
            return null;
        }
    });
    println("DriverManager.initialize: jdbc.drivers = " + drivers);
	// 繼續加載系統屬性中的驅動類
    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源碼

 public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
 	//獲取線程上下文類加載器
    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();
  	//返回一個LazyIterator對象
    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()方法是從所有jar包中查找符合條件的。
               			只要你遵循約定（把類名寫在/META-INF里），那當我啟動時我會去掃描所有jar包里符合約定的類名
               		*/
                   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 {
        	/**
        		這里會從掃描得到所有配置信息中的類通過Class.forName(cn, false, loader);進行加載
        		如在mysql-connector-java-5.1.25.jar包下的META-INF下有一個配置文件
        		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<>();
				最后會調用registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver, da));
				到此驅動注冊基本完成
			*/
			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()
	}
}

然后我們再回到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;
	//遍歷注冊到registerDrivers里的Driver類
    for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
        //檢查Driver類有效性
        if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) {
            try {
                println("    trying " + aDriver.driver.getClass().getName());
                // 調用com.mysql.jdbc.Driver.connect方法獲取連接
                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 {
        	//傳入的classLoader為調用getConnection的當前類加載器，從中尋找driver的class對象
            aClass =  Class.forName(driver.getClass().getName(), true, classLoader);
        } catch (Exception ex) {
            result = false;
        }
        //注意，只有同一個類加載器中的Class使用==比較時才會相等，此處就是校驗用戶注冊Driver時該Driver所屬的類加載器與調用時的是否同一個
        //driver.getClass()拿到就是當初執行Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")時的應用AppClassLoader
         result = ( aClass == driver.getClass() ) ? true : false;
    }
    return result;
}