多线程环境下JDBC驱动加载导致线程阻塞问题的分析、解决和深入学习

2016/03/12 19:22
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原文地址:代码饭:多线程环境下JDBC驱动加载导致线程阻塞问题的分析、解决和深入学习

问题分析

最近在开发中遇到一个很奇怪的问题。

大概的场景就是我在服务端启动了多线程服务,服务的第一步是要去数据库验证请求身份。在测试的时候,模拟多个客户端同时发送验证请求,总会在某一个请求发出后,收不到任何响应,并且导致整个服务发生中断。这个时候,服务并没有被Down掉,也就是说,发生阻塞了。

由于调试环境比较麻烦,一时间有点惊慌,汗。。。在小伙伴的提醒下,找到数据库连接方法,然后逐步打日志观察。测试进行的很顺利,很快就发现了每次在Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")加载驱动后就没了动静。

懵逼……没见过啊,这句都能发生阻塞,实在是想不通。不过想到之前在学习多线程的时候,记得System.out.println()的底层代码是同步的,在写学习demo的时候,很容易因为使用这句代码而导致线程调度的情况出乎意料。那会不会驱动实现在这一块也出现了类似的情况?

仔细审查了自己的代码后,上网搜索了一番。

在这个Issue回复中https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-6313816,可以得知这是JDK6的一个BUG,另外一个链接指向JDK7的一些版本也是有BUG的,并且我们可以知道,这个问题产生的原因,不可能只是一个,这一块的设计包括加载器的设计还是存在很大问题的。

对于JDK6中的BUG产生原因,有兴趣的可以看这篇文章,JDK的sql设计不合理导致的驱动类初始化死锁问题,大神分析的很详细。

至于JDK7中产生的原因就很难讲了,目前未看到合理的解释,并且JDK的开源并非百分之百的,有可能来自JVM。

这里有一个问题重现的DEMO,来自上面的文章:

import java.util.Iterator;
import sun.misc.Service;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Thread1 thread1 = new Thread1();
        Thread2 thread2 = new Thread2();
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

class Thread1 extends Thread {
    public void run() {
        try {
            Class clazz = Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver", true, Thread.currentThread()
                .getContextClassLoader());
            System.out.println(clazz);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
        }
    }
}

class Thread2 extends Thread {
    public void run() {
        Iterator ps = Service.providers(java.sql.Driver.class);
        try {
            while (ps.hasNext()) {
                System.out.println(ps.next());
            } 
        } catch (Throwable t) {

        }
    }
}

解决方案

第一种比较不太实际的解决方法,就是更换JDK的版本。说不实际,是因为,在实际的生产环境中,更换环境带来的测试代价和未知风险显然是更大。

第二种方法是建立合理的线程池,核心的目的就是不让驱动加载方法产生资源竞争。当然这个对我的项目来说,不是很合理。

第三种方法,是我在经过考虑后采用的,就是给驱动加载所在的链接方法上加synchronized修饰,简单实用。

But,这就完美了么?不!

方法加synchronized修饰简单粗暴,有点是有的,比如:

synchronized方法控制对类成员变量的访问:每个类实例对应一把锁,每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行,否则所属线程阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到从该方法返回时才将锁释放,此后被阻塞的线程方能获得该锁,重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例,其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态(因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁),从而有效避免了类成员变量的访问冲突(只要所有可能访问类成员变 量的方法均被声明为 synchronized)。

但是,它的缺点也是很明显的,若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率,典型地,若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ,由于在线程的整个生命期内它一直在运行,因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中,将其声明为 synchronized ,并在主方法中调用来解决这一问题,但是 Java 为我们提供了更好的解决办法,那就是 synchronized 块。

万物总不是完美的,但是两权相害取其轻总不会错。

Class.forName()方法

Class.forName:返回与给定的字符串名称相关联类或接口的Class对象。

Class.forName 是一个静态方法,同样可以用来加载类。该方法有两种形式:Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)Class.forName(String className)。第一种形式的参数 name表示的是类的全名;initialize表示是否初始化类;loader表示加载时使用的类加载器。第二种形式则相当于设置了参数 initialize的值为 true,loader的值为当前类的类加载器。

class-forname-1.png

从官方给出的API文档中可以看出:

Class.forName(className)实际上是调用Class.forName(className,true, this.getClass().getClassLoader())。第二个参数,是指Class被loading后是不是必须被初始化。可以看出,使用Class.forName(className)加载类时则已初始化。

所以Class.forName(className)可以简单的理解为:获得字符串参数中指定的类,并初始化该类。

一. 首先你要明白在java里面任何class都要装载在虚拟机上才能运行。

  1. forName这句话就是装载类用的(new是根据加载到内存中的类创建一个实例,要分清楚)。
  2. 至于什么时候用,可以考虑一下这个问题,给你一个字符串变量,它代表一个类的包名和类名,你怎么实例化它?A a = (A)Class.forName("pacage.A").newInstance(); 这和 A a =new A();是一样的效果。
  3. jvm在装载类时会执行类的静态代码段,要记住静态代码是和class绑定的,class装载成功就表示执行了你的静态代码了,而且以后不会再执行这段静态代码了。
  4. Class.forName(xxx.xx.xx)的作用是要求JVM查找并加载指定的类,也就是说JVM会执行该类的静态代码段。
  5. 动态加载和创建Class 对象,比如想根据用户输入的字符串来创建对象
String str = 用户输入的字符串  
Class t = Class.forName(str);  
t.newInstance(); 

二. 在初始化一个类,生成一个实例的时候,newInstance()方法和new关键字除了一个是方法,一个是关键字外,最主要有什么区别?

  1. 它们的区别在于创建对象的方式不一样,前者是使用类加载机制,后者是创建一个新类。 2) 那么为什么会有两种创建对象方式?

这主要考虑到软件的可伸缩、可扩展和可重用等软件设计思想。

Java中工厂模式经常使用newInstance()方法来创建对象,因此从为什么要使用工厂模式上可以找到具体答案。例如:

class c = Class.forName(“Example”);
factory = (ExampleInterface)c.newInstance();

其中ExampleInterface是Example的接口,可以写成如下形式:

String className = "Example";
class c = Class.forName(className);
factory = (ExampleInterface)c.newInstance();

进一步可以写成如下形式:

String className = readfromXMlConfig;//从xml 配置文件中获得字符串
class c = Class.forName(className);
factory = (ExampleInterface)c.newInstance();

上面代码已经不存在Example的类名称,它的优点是,无论Example类怎么变化,上述代码不变,甚至可以更换Example的兄弟类Example2 , Example3 , Example4……,只要他们继承ExampleInterface就可以。

  1. 从JVM的角度看,我们使用关键字new创建一个类的时候,这个类可以没有被加载。 但是使用newInstance()方法的时候,

就必须保证:①这个类已经加载;②这个类已经连接了。

而完成上面两个步骤的正是Class的静态方法forName()所完成的,这个静态方法调用了启动类加载器,即加载 java API的那个加载器。

现在可以看出,newInstance()实际上是把new这个方式分解为两步,即首先调用Class加载方法加载某个类,然后实例化。这样分步的好处是显而易见的。我们可以在调用class的静态加载方法forName时获得更好的灵活性,提供给了一种降耦的手段。

三. 最后用最简单的描述来区分new关键字和newInstance()方法的区别:

  1. newInstance: 弱类型。低效率。只能调用无参构造。
  2. new: 强类型。相对高效。能调用任何public构造。

Class.forName应用情景

最明显的是加载数据库驱动

Class.forName("com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDriver");  
Connection con=DriverManager.getConnection("jdbc:sqlserver://localhost:1433;DatabaseName==JSP","jph","jph");    

为什么在我们加载数据库驱动包的时候有的却没有调用newInstance( )方法呢?

即有的jdbc连接数据库的写法里是Class.forName(xxx.xx.xx);而有一些:Class.forName(xxx.xx.xx).newInstance(),为什么会有这两种写法呢?

Class.forName("");的作用是要求JVM查找并加载指定的类,如果在类中有静态初始化器的话,JVM必然会执行该类的静态代码段。

而在JDBC规范中明确要求这个Driver类必须向DriverManager注册自己,即任何一个JDBCDriver的Driver类的代码都必须类似如下:

public classMyJDBCDriver implements Driver {
    static{
       DriverManager.registerDriver(new MyJDBCDriver());
    }
}

既然在静态初始化器的中已经进行了注册,所以我们在使用JDBC时只需要Class.forName(XXX.XXX);就可以了。

类似与Spring实例化服务

我在项目中就这么搞过,自己实例化写好的服务类全路径名列表,然后根据实例调用方法。

Method method = Class.forName("com.liuqianfei.XXService")
    .getMethod("getService", String.class);
// 获取对象代理
IBinder binder = (IBinder) method.invoke(null, new Object[] { XX_SERVICE});

参考资料


JDK1.8_API…/docs/api/java/lang/Class.html

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-classloader/

http://lovestblog.cn/blog/2014/07/08/jdk-sql-deadlock/

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