JVM工作原理与实战(十三)：打破双亲委派机制-线程上下文类加载器

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前言

一、打破双亲委派机制的方法

二、线程上下文类加载器

1.JDBC线程上下文类加载器案例

总结

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前言

JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了打破双亲委派机制的方法、线程上下文类加载器等内容。

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一、打破双亲委派机制的方法

双亲委派机制的核心思想是：当一个类加载器接收到加载类的请求时，它首先不会自己去尝试加载，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）中去，只有当父类加载器无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

当一个类加载器接收到加载类的任务时，会自底向上查找是否加载过再由顶向下进行加载。

双亲委派机制是Java类加载器的重要特性，但在某些情况下，可能需要打破这种机制。以下是打破双亲委派机制的方法：

• 自定义类加载器：在Java中，可以通过继承ClassLoader并重写其loadClass方法来创建自定义类加载器。通过这种方式，可以打破双亲委派机制，实现类的隔离。例如，在Tomcat中，每个Web应用都有自己的类加载器，从而实现了应用之间的类隔离。当两个Web应用中有相同限定名的类时，如Servlet类，Tomcat通过自定义类加载器保证它们是不同的类。
• 线程上下文类加载器：在Java中，每个线程都有一个关联的上下文类加载器。通过设置线程的上下文类加载器，可以实现类的加载。例如，JDBC和JNDI等就是利用线程上下文类加载器来加载类的。
• Osgi框架的类加载器：Osgi框架实现了一套新的类加载器机制，允许同级之间委托进行类的加载。在Osgi中，每个Bundle都有自己的类加载器，当需要加载类时，会先在自己的存储空间中查找，如果找不到，则委托给父级Bundle的类加载器进行查找。这种机制打破了传统的双亲委派模型。

二、线程上下文类加载器

双亲委派机制是Java类加载器的一个重要特性，它保证了Java核心API的稳定性和防止了类冲突。然而，在某些情况下，可能需要打破这种机制。接下来将重点探讨如何通过线程上下文类加载器来实现这一点，并以JDBC中的驱动加载为例进行深入解析。

线程上下文类加载器（Thread Context ClassLoader，TCCL）是Java中一种特殊的类加载器，用于处理多线程环境下的类和资源加载问题。它确保了每个线程都能维护自己的类加载器上下文，从而实现了线程安全。线程上下文类加载器是解决线程局部变量和类加载问题的有效机制。当线程需要加载类时，它会首先使用与其关联的上下文类加载器，从而确保了类加载的一致性和正确性。

1.JDBC线程上下文类加载器案例

在JDBC中，DriverManager用于管理不同数据库的驱动。例如，MySQL的驱动和Oracle的驱动。DriverManager类位于rt.jar包中，由启动类加载器加载。然而，用户JAR包中的驱动需要由应用程序类加载器来加载，这就违反了双亲委派机制。

为了解决这个问题，JDBC采用了SPI（Service Provider Interface）机制。SPI是一种JDK内置的服务提供发现机制。

在ClassPath路径下的META-INF/services文件夹中，以接口的全限定名来命名文件名，对应的文件中写该接口的实现：

例如，在MySQL JDBC驱动中，有一个名为java.sql.Driver的文件在META-INF/services文件夹中，文件内容为com.mysql.cj.jdbc.Driver。这样，当DriverManager需要加载MySQL驱动时，它会首先查看当前线程的上下文类加载器（通常是应用程序类加载器）是否能加载这个驱动。由于驱动的实现类是由应用程序类加载器加载的，这就打破了双亲委派机制。

使用ServiceLoader加载实现类：

使用ServiceLoader加载对应的Driver对象：

ServiceLoader<Driver> serviceLoader = ServiceLoader.load(Driver.class);

在这个过程中，DriverManager使用了SPI机制来加载jar包中对应的驱动类。SPI机制通过在META-INF/services目录下查找实现了特定接口的类的配置文件，并使用线程上下文类加载器来加载这些实现类。

SPI机制中使用的线程上下文类加载器通常是应用程序类加载器。这是因为线程上下文类加载器是线程特有的，每个线程都可以关联一个不同的上下文类加载器。这使得SPI机制能够灵活地加载类，打破了双亲委派机制的限制。

在ServiceLoader的load方法中，通过获取当前线程的上下文类加载器来实现类的加载。

    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> var0) {
        ClassLoader var1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        return load(var0, var1);
    }

为了验证线程上下文类加载器的使用，可以创建一个新的线程并在其中打印线程上下文类加载器的信息。

public class NewThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
            }
        }).start();
    }
}

运行结果（应用程序类加载器）：

完整流程分析：

1. 启动类加载器加载DriverManager。
2. 在初始化DriverManager时，通过SPI机制加载jar包中的myql驱动。
3. SPI中利用了线程上下文类加载器（应用程序类加载器）去加载类并创建对象。

这种由启动类加载器加载的类，委派应用程序类加载器去加载类的方式，打破了双亲委派机制。

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总结

JVM是Java程序的运行环境，负责字节码解释、内存管理、安全保障、多线程支持、性能监控和跨平台运行。本文主要介绍了打破双亲委派机制的方法、线程上下文类加载器等内容，希望对大家有所帮助。