最近遇到一個(gè)詭異的問題：程序中需要用到一個(gè)自定義的字符集包my-charset.jar，里面有一個(gè)X-GB18030-2022字符集。程序功能要求把UTF-8編碼的漢字轉(zhuǎn)換成X-GB18030-2022編碼的漢字。整個(gè)程序使用springboot開發(fā)（基于java8），整個(gè)程序需要打包成一個(gè)可執(zhí)行jar包（即fatjar）部署到服務(wù)器上。

功能實(shí)現(xiàn)很簡單：

String data = "?";		// UTF-8編碼: E49080。這里直接寫成了字面值
Charset gb18030 = Charset.forName("X-GB18030-2022");
byte[] gbdata = data.getBytes(gb18030);	// GB18030編碼：82338E35

在IDEA上開發(fā)測試一切正常，可以把UTF-8編碼的漢字轉(zhuǎn)成GB18030編碼。然后使用spring-boot-maven-plugin把整個(gè)程序打包成一個(gè)可執(zhí)行jar包my-springboot-app.jar后，部署到服務(wù)器上，再測試，卻發(fā)現(xiàn)程序報(bào)錯(cuò)：UnsupportedCharsetException: X-GB18030-2022。

根據(jù)錯(cuò)誤信息，可以定位是Charset.forName("X-GB18030-2022")這個(gè)語句報(bào)錯(cuò)。明明在IDEA中調(diào)試沒有問題，為什么部署到服務(wù)器上就報(bào)錯(cuò)了？

要解決這個(gè)問題，需要以下知識(shí)：

• 類加載器和類加載的雙親委托模型
• Charset.forName()的SPI機(jī)制原理，以及SPI對雙親委派模型的突破
• Springboot的可執(zhí)行jar包（fatjar）的啟動(dòng)原理

掌握了這些知識(shí)，再解決這個(gè)問題，就很容易了。

1. 類加載器和類加載的雙親委托模型

Java程序中我們用到的所有類，例如我們常用的String、Integer以及我們自己寫的類，都是由類加載器加載到j(luò)ava虛擬機(jī)中的。類加載器分為三類：

• 啟動(dòng)類加載器（bootstrap class loader）：是最頂層的類加載器，加載rt.jar、tools.jar等基礎(chǔ)包，包括Object.class、String.class、 Charset.class等。
• 擴(kuò)展類加載器（extension class loader）：加載擴(kuò)展包。其父加載器是啟動(dòng)類加載器。
• 應(yīng)用程序類加載器（application class loader）：加載由-classpath參數(shù)指定的jar包。其父加載器是擴(kuò)展類加載器。

它們的關(guān)系如圖所示：

+----------------------------+                     
|                            |                     
|   Bootstrap class loader   |                     
|                            |                     
+--------------^-------------+                     
               |                                   
               |                                   
               |                                   
+----------------------------+                     
|                            |                     
|      Ext class loader      |                     
|                            |                     
+--------------^-------------+                     
               |                                   
               |                                   
               |                                   
+----------------------------+                     
|                            |                     
|      App class loader      |                     
|                            |                     
+----------------------------+ 

類加載器加載類的規(guī)則為：

• 雙親委派模型（或者翻譯為父親委模型制更貼切）：一個(gè)類加載器加載某個(gè)類時(shí)，先交給它的父親執(zhí)行類加載，父親無法加載時(shí)，再有子類加載。
• 類A使用到類B時(shí)，會(huì)由類A的類加載器加載類B
• 子類加載器加載的類，可以看到父親加載器加載的類。但是反過來則不行，即父親加載器加載的類，無法看到子類加載器加載的類。

這些規(guī)則比較抽象，我們暫且有個(gè)印象，后面會(huì)結(jié)合SPI具體講解。

2. SPI機(jī)制

SPI是Service Provider Interface的縮寫，其作用就是java在標(biāo)準(zhǔn)庫中提供一個(gè)接口（Interface），用戶使用時(shí)直接操作這個(gè)接口，而不用關(guān)心接口的具體實(shí)現(xiàn)。接口的具體功能由供應(yīng)商（Service Provider）實(shí)現(xiàn)，通過某種機(jī)制（即SPI），把這個(gè)實(shí)現(xiàn)和接口關(guān)聯(lián)到一起，用戶操作的接口可以直接調(diào)用供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)的功能。

最典型的SPI就是數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)。Java標(biāo)準(zhǔn)庫中僅提供了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)的接口，而具體的驅(qū)動(dòng)由各個(gè)數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)，例如Oracle驅(qū)動(dòng)或者M(jìn)ySQL驅(qū)動(dòng)。我們使用不同供應(yīng)商的驅(qū)動(dòng)時(shí)，就會(huì)把驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)和驅(qū)動(dòng)的接口關(guān)聯(lián)到一起。我們寫的程序不用改變，只要更換了驅(qū)動(dòng)的供應(yīng)商，就可以連接不同的數(shù)據(jù)庫。

字符集也是同樣的道理。Charset.forName()函數(shù)就使用了SPI機(jī)制，來加載不同的字符集。Java標(biāo)準(zhǔn)庫中的提供了字符集的接口java.nio.charset.spi.CharsetProvider（它實(shí)際是一個(gè)虛擬類，為了簡便，我們把它稱為接口），各個(gè)供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口，把自己實(shí)現(xiàn)的字符集貢獻(xiàn)出來。前面出問題的my-charset.jar就是供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)的一個(gè)字符集，它實(shí)現(xiàn)的接口類是com.x.GB18030_2022_CharsetProvider。

供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)了字符集之后，在my-charset.jar包的META-INF/services/目錄下創(chuàng)建一個(gè)java.nio.charset.spi.CharsetProvider文件（注意它是一個(gè)文件名），文件中的內(nèi)容就是供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)的接口類，例如com.x.GB18030_2022_CharsetProvider，它的作用就是提供"X-GB18030-2022"字符集。

Charset.forName()函數(shù)會(huì)執(zhí)行ServiceLoader.load()函數(shù)，在所有jar包中搜索"META-INF/services/java.nio.charset.spi.CharsetProvider"文件，執(zhí)行文件中指定的類，這樣就獲取到了供應(yīng)商提供的字符集。在這里，我們就獲取到了"X-GB18030-2022"字符集。

這里就會(huì)有一個(gè)問題，Charset、ServiceLoader都是由Bootstrap-class-loader加載的，而供應(yīng)商提供的my-charset.jar一般會(huì)放到-classpath指定的路徑上，即my-charset.jar是由App-class-loader加載的，進(jìn)而可知com.x.GB18030_2022_CharsetProvider是由App-class-loader加載的。根據(jù)前面類加載器的規(guī)則，父類加載器加載的類無法看到子類加載器加載的類，也就是說Charset和ServiceLoader無法看到GB18030_2022_CharsetProvider，這怎么辦？

這就需要突破雙親委托模型的限制：ServiceLoader.load()函數(shù)有一個(gè)參數(shù)就是ClassLoader，即這個(gè)函數(shù)可以指定類加載器。查看Charset.forName()的源碼：

ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();	// 獲取App-class-loader
ServiceLoader<CharsetProvider> sl = ServiceLoader.load(CharsetProvider.class, cl);

可以看到這里使用了App-class-loader作為類加載器，來加載CharsetProvider的所有實(shí)現(xiàn)類。my-charset.jar中就有一個(gè)此接口的實(shí)現(xiàn)類。

在IDEA中啟動(dòng)應(yīng)用時(shí)，會(huì)自動(dòng)添加-classpath參數(shù)，指向my-charset.jar。根據(jù)第2節(jié)的內(nèi)容可知，App-class-loader會(huì)加載-classpath指向的jar包，這些jar包不會(huì)被Bootstrap-class-loader加載的類（例如String.class, Charset.class）看到。但是由于Charset.forName()函數(shù)中顯示的指定了使用App-class-loader來加載類，所有可以加載到my-charset.jar中的類。

我們可以做個(gè)假設(shè)：如果Charset.forName()函數(shù)中使用的類加載器cl不是App-class-loader，而是Ext-class-loader，那可以獲取到my-charset.jar中的類嗎？答案是不能。因?yàn)镋xt-class-loader只能看到<JAVA_HOME>\lib\ext路徑中的jar包和類以及Bootstrap-class-loader加載的jar包和類，而無法看到-classpath指定的jar包和類，所以它無法加載my-charset.jar中的類。

到這里，我們開頭的問題就有了一個(gè)可能的答案：是不是打包成的fatjar使用的類加載器有問題呢？我們接著往下看。

3. Fatjar啟動(dòng)原理

我們使用spring-boot-maven-plugin把springboot項(xiàng)目打包成一個(gè)可執(zhí)行jar包，其目錄結(jié)構(gòu)如下：

my-springboot-app.jar/
│
├── META-INF/
│   ├── MANIFEST.MF               # 清單文件，包含主類信息等
│   └── maven/                    # Maven元數(shù)據(jù)
│
├── BOOT-INF/
│   ├── classes/                  # 應(yīng)用程序編譯后的class文件
│   └── lib/                      # 依賴的第三方JAR包
│       ├── spring-boot-2.7.0.jar
│       ├── spring-boot-autoconfigure-2.7.0.jar
│       ├── spring-web-5.3.21.jar
│       ├── my-charset.jar        # 供應(yīng)商的字符集JAR包
│       └── ... (其他依賴JAR)
│
└── org/
    └── springframework/
        └── boot/
            └── loader/           # Spring Boot啟動(dòng)器相關(guān)類
                ├── JarLauncher.class
                ├── LaunchedURLClassLoader.class
                └── ... (啟動(dòng)器其他類)

使用命令java -jar my-springboot-app.jar啟動(dòng)此應(yīng)用。應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)會(huì)使用LaunchedURLClassLoader作為類加載器，加載BOOT-INF/中class目錄中的類和lib目錄中的依賴JAR包，我們的my-charset.jar就被放到了這里。

由此可知，fatjar啟動(dòng)時(shí)不是使用App-class-loader來加載依賴JAR包的，而是使用了自定義的一個(gè)類加載器LaunchedURLClassLoader，它的父親是App-class-loader，也滿足雙親委托模型。

注意fatjar是無法使用-classpath來指定依賴包路徑的，這些依賴包在fatjar的內(nèi)部。例如my-charset.jar就被封裝在了BOOT-INF/lib里，外部是無法看到的，因此也就無法用-classpath來指定，所以也無法用App-class-loader直接加載。同時(shí)，java -jar命令還會(huì)忽略-classpath參數(shù)，即使把my-charset.jar拿出來用-classpath指定，也不會(huì)被加載。

就是這個(gè)springboot自定義的類加載器導(dǎo)致了開頭的問題：my-charset.jar包是被LaunchedURLClassLoader加載的，但是Charset.forName()函數(shù)中使用App-class-loader來加載CharsetProvider的所有實(shí)現(xiàn)類，App-class-loader看不到LaunchedURLClassLoader加載的類，所以就會(huì)找不到X-GB18030-2022字符集，導(dǎo)致報(bào)錯(cuò)。

4. 解決方案

知道了問題，那解決方案也就隨之而出：

• 讓my-charset.jar被App-class-loader、Ext-class-loader或者Bootstrap-class-loader加載
• 自己實(shí)現(xiàn)Charset.forName()函數(shù)，使用LaunchedURLClassLoader獲取my-charset.jar中的類

方法一：指定類加載器

• java8的jvm啟動(dòng)時(shí)，可以使用-Xbootclasspath/a:<path-to-jar>指定my-charset.jar的路徑，讓Bootstrap-class-loader加載這個(gè)jar包
• 可以使用-Djava.ext.dir=<path-to-dir>指定一個(gè)目錄，讓擴(kuò)展類加載器加載這個(gè)目錄中的所有jar包

方法二：修改函數(shù)

代碼如下：

try {
    Charset target = Charset.forName("X-GB18030-2022");
} catch (Exception ex) {
    // 關(guān)鍵代碼
    ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    ServiceLoader<CharsetProvider> providers = ServiceLoader.load(CharsetProvider.class, loader);
    
    Iterator<CharsetProvider> iterator = providers.iterator();
    while (iteartor.hasNext()) {
        CharsetProvider provider = iterator.next();
        try {
            target = provider.charsetForName("X-GB18030-2022");
        	if (target != null) {
            	return target;
        	}
        } catch (Exception ignored) {}
    }
    throw ex;
}

Thread.currentThread().getContextClassLoader()這條語句會(huì)獲取到當(dāng)前線程的類加載器，對于我們自己寫的應(yīng)用來說，這就是springboot的LaunchedURLClassLoader類加載器。然后使用這個(gè)類加載器執(zhí)行ServiceLoader.load(CharsetProvider.class, loader)函數(shù)，可以加載到my-charset.jar中的類了。

以上就是SpringBoot可執(zhí)行jar包中使用自定義字符集失敗問題的原因及解決方案的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于SpringBoot jar自定義字符集失敗的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！