Java 类加载器（二）——线程上下文类加载器
简述
线程上下文类加载器（context class loader）是从JDK 1.2开始引入的。类 java.lang.Thread中的方法getContextClassLoader()和setContextClassLoader(ClassLoader cl)用来获取和设置线程的上下文类加载器。如果没有通过 setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法进行设置的话，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此类加载器来加载类和资源。
为了加载类，Java还提供了很多服务提供者接口（Service Provider Interface，SPI），允许第三方为这些接口提供实现。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，因为依照双亲委派模型，BootstrapClassloader无法委派AppClassLoader来加载类。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。
默认的线程上下文类加载器
sun.misc.Launcher的无参构造函数
public Launcher() {
Launcher.ExtClassLoader var1;
try {
var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
} catch (IOException var10) {
throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
}
try {
this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
} catch (IOException var9) {
throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
}
Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
String var2 = System.getProperty("java.security.manager");
if (var2 != null) {
SecurityManager var3 = null;
if (!"".equals(var2) && !"default".equals(var2)) {
try {
var3 = (SecurityManager)this.loader.loadClass(var2).newInstance();
} catch (IllegalAccessException var5) {
;
} catch (InstantiationException var6) {
;
} catch (ClassNotFoundException var7) {
;
} catch (ClassCastException var8) {
;
}
} else {
var3 = new SecurityManager();
}
if (var3 == null) {
throw new InternalError("Could not create SecurityManager: " + var2);
}
System.setSecurityManager(var3);
}
}
Java默认的线程上下文类加载器是系统类加载器(AppClassLoader)。
应用
JAVA线程上下文类加载器最经典的SPI当属JDBC,下面我们来看一下。
JDBC
最开始自己写jdbc链接数据库的代码，通常是这样的:
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")
这段代码作用就是加载数据库驱动类com.mysql.jdbc.Driver。随着JDK版本的不断升级，我们不用再写这段代码了。为什么？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。
mysql Driver
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
public Driver() throws SQLException {
}
static {
try {
DriverManager.registerDriver(new Driver());
} catch (SQLException var1) {
throw new RuntimeException("Can't register driver!");
}
}
}
加载时会先执行上面代码中的静态代码块，把new的com.mysql.jdbc.driver 并注册到DriverManager，这样DriverManager就能够使用驱动程序去获得数据库连接。
上面代码看着很平常，但是从DriverManager的registerDriver方法来看，似乎这部分代码有问题。DriverManager是JDK核心库的代码，被Bootstrap加载，com.mysql.jdbc.Driver却属于mysql-connector-java.jar包，是被系统类加载器加载，因此DriverManager是无法获取com.mysql.jdbc.Driver
类的，但是又是如何完成注册的呢？下面我们来看一下便知究竟。
DriverManager
DriverManager的静态代码块：
static {
loadInitialDrivers();
println("JDBC DriverManager initialized");
}
loadInitialDrivers
private static void loadInitialDrivers() {
String drivers;
try {
// 先读取系统属性
drivers = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<String>() {
public String run() {
return System.getProperty("jdbc.drivers");
}
});
} catch (Exception ex) {
drivers = null;
}
// If the driver is packaged as a Service Provider, load it.
// Get all the drivers through the classloader
// exposed as a java.sql.Driver.class service.
// ServiceLoader.load() replaces the sun.misc.Providers()
// 通过SPI加载驱动类
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
/* Load these drivers, so that they can be instantiated.
* It may be the case that the driver class may not be there
* i.e. there may be a packaged driver with the service class
* as implementation of java.sql.Driver but the actual class
* may be missing. In that case a java.util.ServiceConfigurationError
* will be thrown at runtime by the VM trying to locate
* and load the service.
*
* Adding a try catch block to catch those runtime errors
* if driver not available in classpath but it's
* packaged as service and that service is there in classpath.
*/
try{
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);
}
}
}
上面代码主要是两中Driver加载方式：
- 通过SPI方式，读取 META-INF/services 下文件中的类名，使用ThreadContextClassLoader加载；
- 通过系统类加载器加载System.getProperty(“jdbc.drivers”)获取的Driver类；
ServiceLoader
通过SPI方式，读取 META-INF/services 下文件中的类名，使用ThreadContextClassLoader加载；
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
return ServiceLoader.load(service, cl);
}
具体的类加载是由下面代码中driversIterator.next()调用实现：
ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
try{
while(driversIterator.hasNext()) {
driversIterator.next();
}
} catch(Throwable t) {
// Do nothing
}
LazyIterator#nextService
这里Class.forName(cn, false, loader)完成了我们最初说的数据库连接要写的代码。
private S nextService() {
if (!hasNextService())
throw new NoSuchElementException();
String cn = nextName;
nextName = null;
Class<?> c = null;
try {
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
}
到了这里也许你还没看明白SPI是如何加载扩展实现类的，那看一下SPI的约定你就会明白了。
SPI约定
Java SPI的具体约定为：当服务的提供者提供了服务接口的一种实现之后，在jar包的META-INF/services/目录里同时创建一个以服务接口命名的文件。该文件里就是实现该服务接口的具体实现类。而当外部程序装配这个模块的时候，就能通过该jar包META-INF/services/里的配置文件找到具体的实现类名，并装载实例化，完成模块的注入。基于这样一个约定就能很好的找到服务接口的实现类，而不需要再代码里制定。jdk提供服务实现查找的一个工具类：java.util.ServiceLoader。
Spring中的线程上下文类加载器
在《深入理解java虚拟机》一书中，作者问到“如果有 10个 Web 应用程序都用到了spring的话，可以把Spring的jar包放到 common 或 shared 目录下让这些程序共享。Spring 的作用是管理每个web应用程序的bean，getBean时自然要能访问到应用程序的类，而用户的程序显然是放在 /WebApp/WEB-INF 目录中的（由 WebAppClassLoader 加载），那么在 CommonClassLoader 或 SharedClassLoader 中的 Spring 容器如何去加载并不在其加载范围的用户程序（/WebApp/WEB-INF/）中的Class呢？”
答案毫无疑问是线程上下文类加载器实现的。
public WebApplicationContext initWebApplicationContext(ServletContext servletContext) {
try {
// 创建WebApplicationContext
if (this.context == null) {
this.context = createWebApplicationContext(servletContext);
}
// 将其保存到该webapp的servletContext中
servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);
// 获取线程上下文类加载器，默认为WebAppClassLoader
ClassLoader ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
// 如果spring的jar包放在每个webapp自己的目录中
// 此时线程上下文类加载器会与本类的类加载器（加载spring的）相同，都是WebAppClassLoader
if (ccl == ContextLoader.class.getClassLoader()) {
currentContext = this.context;
}
else if (ccl != null) {
// 如果不同，也就是上面说的那个问题的情况，那么用一个map把刚才创建的WebApplicationContext及对应的WebAppClassLoader存下来
// 一个webapp对应一个记录，后续调用时直接根据WebAppClassLoader来取出
currentContextPerThread.put(ccl, this.context);
}
return this.context;
}
catch (RuntimeException ex) {
logger.error("Context initialization failed", ex);
throw ex;
}
catch (Error err) {
logger.error("Context initialization failed", err);
throw err;
}
}
//通过线程上下文类加载器获取对应的spring容器上下文
public static WebApplicationContext getCurrentWebApplicationContext() {
ClassLoader ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
if (ccl != null) {
WebApplicationContext ccpt = (WebApplicationContext)currentContextPerThread.get(ccl);
if (ccpt != null) {
return ccpt;
}
}
return currentContext;
}
参考：《深入理解java虚拟机》