Java中线程上下文类加载器超详细讲解使用

前言

在Java多线程中，经常会出现跨类加载器的情况，例如Web容器中的应用程序的类加载器和Java线程在使用的类加载器可以是不同的实例。而在Java中，不同的类加载器对于同一个类的加载得到的Class对象实例是不同的，这样就会导致在不同的类加载器中创建的对象实例无法相互转换，从而引发一系列问题。为此，Java中引入了线程上下文类加载器的概念。本文将会对这个概念进行详细讲解，并且提供两条实例。

线程上下文类加载器是什么？

线程上下文类加载器是Java提供的一种机制，在多线程的场景中可以让当前线程加载指定的类，从而解决了跨类加载器的问题。每个线程都可以通过设置上下文类加载器，让该线程在加载类时优先使用这个类加载器。当该线程找不到某个类时，将会委托其上下文类加载器去加载这个类。

线程上下文类加载器的使用方法

Java提供了Thread类中的getContextClassLoader()和setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法，这两个方法可以操作线程的上下文类加载器。下面分别对它们进行说明。

getContextClassLoader()方法

getContextClassLoader()方法用来获取线程的上下文类加载器，方法签名如下：

public ClassLoader getContextClassLoader()

调用该方法可以得到该线程当前正在使用的上下文类加载器，如果未设置该线程的上下文类加载器，则返回父线程的上下文类加载器（默认情况下，所有线程的上下文类加载器都是其父线程的上下文类加载器）。

setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法

setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法用于设置线程的上下文类加载器，方法签名如下：

public void setContextClassLoader(ClassLoader cl)

该方法接受一个类加载器作为参数，用于设置该线程的上下文类加载器为传入的类加载器。如果不设置该线程的上下文类加载器，那么设置即使不设置，默认情况下，该线程的上下文类加载器会继承父线程的上下文类加载器。

线程上下文类加载器的使用示例

Java中线程上下文类加载器的使用场景很多，这里我们提供两个示例来说明。

示例1

在Java中很多第三方框架都使用了SPI (Service Provider Interface)机制，在SPI机制中，服务提供者会提供一个标准的接口，并会将该接口实现类的全类名记录在一个配置文件中，类似于 Java中的META-INF/service目录中的文件。这样当应用程序运行时，使用该接口的程序可以通过在配置文件中查找实现类的全类名，并通过反射机制创建该实现类的实例。

在SPI机制中，如果服务提供商和服务使用者不在同一个类加载器中，那么在进行实例初始化时就会报类转换异常。此时，可以通过设置线程上下文类加载器来解决该问题，代码示例如下：

public class MyServiceLoader<T> {

    private static final String PREFIX = "META-INF/services/";

    private Class<T> service;

    public MyServiceLoader(Class<T> service) {
        this.service = service;
    }

    public T load() throws Exception {
        ClassLoader contextClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        String file = PREFIX + service.getName();
        Enumeration<URL> urls = contextClassLoader.getResources(file);
        while (urls != null && urls.hasMoreElements()) {
            URL url = urls.nextElement();
            try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(url.openStream(), "utf-8"))) {
                String line;
                while ((line = reader.readLine()) != null) {
                    Class<?> clazz = contextClassLoader.loadClass(line);
                    if (clazz != null && service.isAssignableFrom(clazz)) {
                        return (T) clazz.newInstance();
                    }
                }
            }
        }
        return null;
    }
}

示例2

当应用程序使用了一些比较底层的Java库时，就会可能出现跨类加载器的情况。例如，有一个app.jar包中的类需要使用Java标准库中的类。但是如果使用了不同的类加载器，就可能会造成类转换异常，因为这些类都不在同一个类加载器中。此时，可以通过在Thread.currentThread().setContextClassLoader(ClassLoader)中设置上下文类加载器为根类加载器来解决该问题，代码示例如下：

public class App {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassLoader contextClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        //使用根类加载器加载必要的类
        Class<?> clazz = Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass("java.lang.String");
        System.out.println(clazz.getClassLoader());
        //...
        //使用完还原线程上下文类加载器
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(contextClassLoader);
    }

}

结论

线程上下文类加载器是Java应用程序中处理跨类加载器问题的有力工具，理解和掌握这个机制对于进行Java开发工作至关重要。当应用程序中存在跨类加载器的情况时，可以通过设置线程上下文类加载器来解决这些问题。