ClassLoader并发加载问题（JDK 7）

    在JDK 7之前，ClassLoader存在并发（多线程）加载时可能导致死锁的问题（deadlock）；在JDK 7通过对ClassLoader类内部进行了增强和优化，解决了此风险。我们先了解一下这个问题发生的原因，以及JDK 7通过何种技巧又解决了此问题。

 

    我们开发自定义的ClassLoader，通常继承java.lang.ClassLoader类，通过重写findClass(String name) 或者直接重写loadClass(String name)来实现，当然实际而言loadClass方法最终面向调用者、以及其内部仍然会调用findClass方法。（备注，通常通过重新findClass方法）。此外，众所周知，ClassLoader通过“双亲委派”方式来查找、加载类，其“委派”这就是其parent加载器，自定义ClassLoader可以指定parent，默认parent为系统的启动类加载器（提醒：不是线程类的加载器，此处不再赘言）。

 

    引起死锁的原因：

    1）JDK 6中loadClass方法是同步的，且同步操作修饰在方法级别，这意味着同步锁将在classLoader实例上。

    2）因为双亲委派关系，多个自定义的classLoader可以使用不同的、相同的parent，甚至交叉；比如CL1将CL2作为parent，那么CL2也可以将CL1作为parent；本质上这种设计思想上，并没有错；只是，这种委派方式，在全局来看，并没有遵守“单向、层级的”委派关系。

    3）CL1、CL2两个加载器的实例（通常一种类加载器只有一个实例），分别在两个（或者多个）线程中并发的load类时，死锁可能就会发生；因为1）loadClass方法是同步的，所以Thread1使用CL1加载类时首先获取CL1实例锁、loadClass方法中还需要获取CL2的锁（调用CL2的loadClass），那么Thread2使用CL2加载类也出现相同的问题，只是对象锁的顺序不同。

//JDK 6
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  throws ClassNotFoundException {
    ....
}

 

    有关deadLock的示例，可以参考：https://www.ibm.com/developerworks/library/j-dclp4/index.html

 

    即使他们并发加载不同的class，仍然有死锁的风险。所以，很多设计者，要么将自定义的classLoader委派关系层级设计的很“长”，要么就是彻底单线程加载，尽管此时加载的速度很慢，比如Tomcat 7之前的设计（Tomcat启动加载速度很慢）。

 

 

    其实JDK本身解决这个问题并不复杂，却懒散的拖延到了JDK 7才算考虑解决。

    1）移除了loadClass方法级别的同步，转而在内部设计了一个私有的（非静态）concurrentHashMap，K为className，V为Object对象锁；在执行loadClass时，首先检测map中是否已经有此className的对象锁，如果有则根据此对象锁进行同步，如果没有则创建。简单而言，就是降低了锁的粒度；此后，即使交叉委派，也不会再出现死锁的问题。

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        .....
        }
    }
    
    
        protected Object getClassLoadingLock(String className) {
        Object lock = this;
        if (parallelLockMap != null) {
            Object newLock = new Object();
            lock = parallelLockMap.putIfAbsent(className, newLock);
            if (lock == null) {
                lock = newLock;
            }
        }
        return lock;
    }

 

    2）为了向后兼容，JDK并没有默认开启并发加载特性，我们需要关注一个方法：

    protected static boolean registerAsParallelCapable()

    此方法在JDK 7新增，表示将此classLoader注册为“并发的”；只有调用了此方法，1）中的concurrentHashMap才会被初始化，即支持className级别的并发锁；否则（map == null）仍然将classLoader实例作为同步对象。

    此方法，需要在所有的自定义ClassLoader中都要调用（包括委派的parent是自定义时），否则将不会生效。

public class CustomizeClassLoader extends ClassLoader {


    static {
        boolean result = ClassLoader.registerAsParallelCapable();
        if (!result) {
            system.out.println("pClassLoaderParallel.registrationFailed");
        }
    }
    ...
}

 

    实现原理并不复杂，不过如果你的程序是JDK 6升级迁移而来，那么还需要注意几个问题：

    1）如果你通过重写loadClass(String name)来实现类加载，那么你需要移除方法级别或者其内部的对象同步区块,同时还需要模仿JDK 7的方式，实现基于className级别的并发（可以参考loadClass实现）；确保defineClass方法对于同一个className只能调用一次。

    2）原则上，重新findClass是不需要额外使用同步词修饰，如果有，你也应该移除。

    3）如果你的程序，在并发加载时有意外的兼容性问题，可以通过JVM参数来全局关闭此特性：-XX:+AlwaysLockClassLoader。

 

    在Tomcat 8之后，已经默认支持了并发加载。

 

    有没有什么特殊的场景，是不能使用“并发加载”的呢？这个问题就留给大家了！