死磕Tomcat(4)——Tomcat中的类加载器

向右看齐 2021-09-01 08:38 340阅读 0赞

# 死磕Tomcat(4)——Tomcat中的类加载器 #

在学习Tomcat中的类加载器，并且Tomcat为什么要实现自己的类加载器打破双亲委派模型原因之前，我们首先需要知道java中定义的类加载器是什么，双亲委派模型是什么？

## java中的类加载器 ##

类加载器负责在程序运行时将java文件动态加载到JVM中

*  启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):这个类加载器是由C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分
 *  其他类加载器：这些类加载器是由java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自 java.Lang.ClassLoader，其中其他类加载器大概分为：
    
     *  ExtensionClassLoader:这个类加载器由ExtClassLoader实现，它负责加载JAVA\_HOME/lib/ext目录中的所有类，或者被java.ext.dir系统变量所指定的路径中所有的类。
     *  ApplicationClassLoader：这个类加载器是由AppClassLoader实现的，它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的所有类，如果应用中没有自定义自己的类加载器，那么一般情况就是程序中默认的类加载器。
     *  自定义加载器：根据自己需求，自定义加载特定路径的加载器  
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNDE5MTA1_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
        *对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在虚拟机上的唯一性*

### 双亲委派模型 ###

上图中展示的层次结构，称之为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其他加载器都应该有自己的父加载器。这里的父子关系不是通过继承来实现的，而是通过设置parent变量来实现的。  
双亲委派模型工作过程是：如果收到一个类加载的请求，本身不会先加载此类，而是会先将此请求委派给父类加载器去完成，每个层次都是如此，直到启动类加载器中，只有父类都没有加载此文件，那么子类才会尝试自己去加载。  
为什么要设置双亲委派模型呢？其实是为了保证Java程序的稳定运行，例如Object类，它是存放在rt.jar中，无论哪一个类加载器要加载Object类，最终都会委托给顶层的BootStrapClassLoader，所以所有的类中使用的Object都是同一个类，相反如果没有双亲委派模型的话，那么随意一个类加载器都可以定义一个新的Object类，那么应用程序将会变得非常混乱。其实双亲委派模型代码非常简单。实现在ClassLoader中的loadClass方法下。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先,检查请求类是否被加载过
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                // 如果没被本类类加载器加载过,先委托给父类进行加载
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                    // 如果没有父类,则表明在顶层,就交给BootStrap类加载器加载
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                    // 如果最顶层的类也找不到,那么就会抛出ClassNotFoundException异常
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                }
                // 如果父类都没有加载过此类,子类才开始加载此类
                if (c == null) {
                    c = findClass(name);
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

*我们可以看到findClass方法是需要子类自己去实现的逻辑。*

## Tomcat中的类加载器 ##

下面的简图是Tomcat9版本的官方文档给出的Tomcat的类加载器的图  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNDE5MTA1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

*  Bootstrap：是java中的最高加载器，用C语言实现，主要用来加载JVM启动时所需要的核心类，如：$JAVA\_HOME/jre/lib/ext
 *  System:会加载CLASSPATH系统变量所定义路径的所有类
 *  Common:会加载Tomcat路径下的lib文件下的所有类
 *  Webapp1,Webapp2••••会加载APP路径下项目中的所有的类，一个项目对应一个WabappClassLoader，这样就实现了应用之间类的隔离

这3个部分，在上面的Java双亲委派模型图中都有体现。不过可以看到ExtClassLoader没有画出来，可以理解为是跟bootstrap合并了，都是去JAVA\_HOME/jre/lib下面加载类。 那么Tomcat为什么要自定义类加载器呢？

*  隔离不同应用：部署在同一个Tomcat中的不同应用A和B，例如A用了Spring2.5。B用了Spring3.5，那么这两个应用如果使用的是同一个类加载器，那么Web应用就会因为jar包覆盖而无法启动。
 *  灵活性：Web应用之间的类加载器相互独立，那么就可以根据修改不同的文件重建不同的类加载器替换原来的。从而不影响其他应用。
 *  性能：如果在一个Tomcat部署多个应用，多个应用中都有相同的类库依赖。那么可以把这相同的类库让Common类加载器进行加载。

Tomcat自定义了WebAppClassLoader类加载器。打破了双亲委派的机制，即如果收到类加载的请求，会尝试自己去加载，如果找不到再交给父加载器去加载，目的就是为了优先加载Web应用自己定义的类。我们知道ClassLoader默认的loadClass方法是以双亲委派的模型进行加载类的，那么Tomcat既然要打破这个规则，就要重写loadClass方法，我们可以看WebAppClassLoader类中重写的loadClass方法

@Override
    public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            Class<?> clazz = null;
            // 1. 从本地缓存中查找是否加载过此类
            clazz = findLoadedClass0(name);
            if (clazz != null) {
                if (log.isDebugEnabled())
                    log.debug("  Returning class from cache");
                if (resolve)
                    resolveClass(clazz);
                return clazz;
            }
    
            // 2. 从AppClassLoader中查找是否加载过此类
            clazz = findLoadedClass(name);
            if (clazz != null) {
                if (log.isDebugEnabled())
                    log.debug("  Returning class from cache");
                if (resolve)
                    resolveClass(clazz);
                return clazz;
            }
    
            String resourceName = binaryNameToPath(name, false);
            // 3. 尝试用ExtClassLoader 类加载器加载类,防止Web应用覆盖JRE的核心类
            ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader();
            boolean tryLoadingFromJavaseLoader;
            try {
                URL url;
                if (securityManager != null) {
                    PrivilegedAction<URL> dp = new PrivilegedJavaseGetResource(resourceName);
                    url = AccessController.doPrivileged(dp);
                } else {
                    url = javaseLoader.getResource(resourceName);
                }
                tryLoadingFromJavaseLoader = (url != null);
            } catch (Throwable t) {
                tryLoadingFromJavaseLoader = true;
            }
    
            boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true);
    
            // 4. 判断是否设置了delegate属性,如果设置为true那么就按照双亲委派机制加载类
            if (delegateLoad) {
                if (log.isDebugEnabled())
                    log.debug("  Delegating to parent classloader1 " + parent);
                try {
                    clazz = Class.forName(name, false, parent);
                    if (clazz != null) {
                        if (log.isDebugEnabled())
                            log.debug("  Loading class from parent");
                        if (resolve)
                            resolveClass(clazz);
                        return clazz;
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // Ignore
                }
            }
    
            // 5. 默认是设置delegate是false的,那么就会先用WebAppClassLoader进行加载
            if (log.isDebugEnabled())
                log.debug("  Searching local repositories");
            try {
                clazz = findClass(name);
                if (clazz != null) {
                    if (log.isDebugEnabled())
                        log.debug("  Loading class from local repository");
                    if (resolve)
                        resolveClass(clazz);
                    return clazz;
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // Ignore
            }
    
            // 6. 如果此时在WebAppClassLoader没找到类,那么就委托给AppClassLoader去加载
            if (!delegateLoad) {
                if (log.isDebugEnabled())
                    log.debug("  Delegating to parent classloader at end: " + parent);
                try {
                    clazz = Class.forName(name, false, parent);
                    if (clazz != null) {
                        if (log.isDebugEnabled())
                            log.debug("  Loading class from parent");
                        if (resolve)
                            resolveClass(clazz);
                        return clazz;
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // Ignore
                }
            }
        }
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

Web应用默认的类加载顺序是（打破了双亲委派规则）：

1.  先从JVM的BootStrapClassLoader中加载。
2.  加载Web应用下/WEB-INF/classes中的类。
3.  加载Web应用下/WEB-INF/lib/\*.jap中的jar包中的类。
4.  加载上面定义的System路径下面的类。
5.  加载上面定义的Common路径下面的类。  
    如果在配置文件中配置了，那么就是遵循双亲委派规则，加载顺序如下：

*  . 先从JVM的BootStrapClassLoader中加载。
 *  . 加载上面定义的System路径下面的类。
 *  . 加载上面定义的Common路径下面的类。
 *  . 加载Web应用下/WEB-INF/classes中的类。
 *  . 加载Web应用下/WEB-INF/lib/\*.jap中的jar包中的类

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