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你了解 Apache Tomcat 的類加載機(jī)制嗎？本文將從底層原理切入，徹底揭秘 Tomcat 類加載所涉及的源碼、機(jī)制和方案，助你深入掌握 Tomcat 類加載核心！

- JVM 類加載器 -

1、JVM類加載器

說起 Tomcat 類加載器，就不得不先簡單說一下 JVM 類加載器，如下圖所示：

• 啟動(dòng)類加載器：Bootstrap ClassLoader，用于加載JVM提供的基礎(chǔ)運(yùn)行類，即位于%JAVA_HOME%/jre/lib目錄下的核 心類庫；
• 擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader， Java提供的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展機(jī)制用于加載除核心類庫外的Jar包，即只要復(fù)制 到指定的擴(kuò)展目錄（可以多個(gè)）下的Jar, JVM會(huì)自動(dòng)加載（不需要通過-classpath指定）。默認(rèn)的擴(kuò)展目錄是％JAVA_HOME%加e/lib/ext。典型的應(yīng)用場景就是，Java使用該類加載 器加載JVM默認(rèn)提供的但是不屬于核心類庫的Jar。不推薦將應(yīng)用程序依賴的 類庫放置到擴(kuò)展目錄下，因?yàn)樵撃夸浵碌念悗鞂?duì)所有基于該JVM運(yùn)行的應(yīng)用程序可見；
• 應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader ，用于加載環(huán)境變量CLASSPATH （不推薦使用）指定目錄下的或者-classpath運(yùn)行 參數(shù)指定的Jar包。System類加載器通常用于加載應(yīng)用程序Jar包及其啟動(dòng)入口類（Tomcat 的Bootstrap類即由System類加載器加載）。

這些類加載器的工作原理是一樣的，區(qū)別是它們的加載路徑不同，也就是說 findClass 這個(gè)方法查找的路徑不同。

雙親委托機(jī)制是為了保證一個(gè) Java 類在 JVM 中是唯一的，假如你不小心寫了一個(gè)與 JRE 核心類同名的類，比如 Object 類，雙親委托機(jī)制能保證加載的是 JRE 里的那個(gè) Object 類，而不是你寫的 Object 類。

這是因?yàn)?AppClassLoader 在加載你的 Object 類時(shí)，會(huì)委托給 ExtClassLoader 去加載，而 ExtClassLoader 又會(huì)委托給 BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader 發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)加載過了 Object 類，會(huì)直接返回，不會(huì)去加載你寫的 Object 類。

這里請(qǐng)注意，類加載器的父子關(guān)系不是通過繼承來實(shí)現(xiàn)的，比如 AppClassLoader 并不是 ExtClassLoader 的子類，而是說 AppClassLoader 的 parent 成員變量指向 ExtClassLoader 對(duì)象。同樣的道理，如果你要自定義類加載器，不去繼承 AppClassLoader，而是繼承 ClassLoader 抽象類，再重寫 findClass 和 loadClass 方法即可，Tomcat 就是通過自定義類加載器來實(shí)現(xiàn)自己的類加載邏輯。不知道你發(fā)現(xiàn)沒有，如果你要打破雙親委托機(jī)制，就需要重寫 loadClass 方法，因?yàn)?loadClass 的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)就是雙親委托機(jī)制。

2、類加載器的源碼

public abstract class ClassLoader {
  //  每個(gè)類加載器都有一個(gè)父加載器
  private final ClassLoader parent;
  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }
     protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
           // 如果沒有加載過
            if (c == null) {
                if (parent != null) {
                  //  先委托給父加載器去加載，注意這是個(gè)遞歸調(diào)用
                 c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                 // 如果父加載器為空，查找 Bootstrap 加載器是不是加載過了
                   c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
              
            // 如果父加載器沒加載成功，調(diào)用自己的 findClass 去加載
                if (c == null) {        
                    c = findClass(name);
                }
            } 
        
            return c;
        }
        
    }
    //ClassLoader 中findClass方式需要被子類覆蓋，下面這段代碼就是對(duì)應(yīng)代碼
      protected Class<?> findClass(String name){
       //1. 根據(jù)傳入的類名 name，到在特定目錄下去尋找類文件，把.class 文件讀入內(nèi)存
          ...
       //2. 調(diào)用 defineClass 將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)成 Class 對(duì)象
       return defineClass(buf, off, len)；
    }
      // 將字節(jié)碼數(shù)組解析成一個(gè) Class 對(duì)象，用 native 方法實(shí)現(xiàn)
    protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len){
    
    }
    
}

我們自定義類加載器就需要重寫ClassLoader的loadClass方法。

- Tomcat 的類加載機(jī)制 -

1、加載機(jī)制的特點(diǎn)

隔離性：Web應(yīng)用類庫相互隔離，避免依賴庫或者應(yīng)用包相互影響。設(shè)想一下，如果我們 有兩個(gè)Web應(yīng)用，一個(gè)釆用了Spring 2.5, 一個(gè)采用了Spring 4.0,而應(yīng)用服務(wù)器使用一個(gè) 類加載器加載,那么Web應(yīng)用將會(huì)由于Jar包覆蓋而導(dǎo)致無法啟動(dòng)成功；

靈活性：既然Web應(yīng)用之間的類加載器相互獨(dú)立，那么我們就能只針對(duì)一個(gè)Web應(yīng)用進(jìn)行 重新部署，此時(shí)該Web應(yīng)用的類加載器將會(huì)重新創(chuàng)建，而且不會(huì)影響其他Web應(yīng)用。如果 釆用一個(gè)類加載器，顯然無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)類加載器的時(shí)候，類之間的依賴是雜 亂無章的，無法完整地移除某個(gè)Web應(yīng)用的類；

性能：由于每個(gè)Web應(yīng)用都有一個(gè)類加載器，因此Web應(yīng)用在加載類時(shí)，不會(huì)搜索其他 Web應(yīng)用包含的Jar包，性能自然高于應(yīng)用服務(wù)器只有一個(gè)類加載器的情況。

2、Tomcat 的類加載方案

• 引導(dǎo)類加載器 和 擴(kuò)展類加載器 的作⽤不變；
• 系統(tǒng)類加載器正常情況下加載的是 CLASSPATH 下的類，但是 Tomcat 的啟動(dòng)腳本并未使⽤該變量，⽽是加載tomcat啟動(dòng)的類，⽐如bootstrap.jar，通常在catalina.bat或者catalina.sh中指定。位于CATALINA_HOME/bin下；
• Common 通⽤類加載器加載Tomcat使⽤以及應(yīng)⽤通⽤的⼀些類，位于CATALINA_HOME/lib下，⽐如servlet-api.jar；
• Catalina ClassLoader ⽤于加載服務(wù)器內(nèi)部可⻅類，這些類應(yīng)⽤程序不能訪問；
• SharedClassLoader ⽤于加載應(yīng)⽤程序共享類，這些類服務(wù)器不會(huì)依賴；
• WebappClassLoader，每個(gè)應(yīng)⽤程序都會(huì)有⼀個(gè)獨(dú)⼀⽆⼆的Webapp ClassLoader，他⽤來加載本應(yīng)⽤程序 /WEB-INF/classes 和 /WEB-INF/lib 下的類。

tomcat 8.5 默認(rèn)改變了嚴(yán)格的雙親委派機(jī)制：

• 從緩存中加載；
• 如果緩存中沒有，會(huì)先調(diào)用ExtClassLoader進(jìn)行加載， 擴(kuò)展類加載器是遵循雙親委派的，他會(huì)調(diào)用bootstrap，查看對(duì)應(yīng)的lib有沒有，然后回退給ExtClassLoader對(duì)擴(kuò)展包下的數(shù)據(jù)進(jìn)行加載；
• 如果未加載到，則從 /WEB-INF/classes加載；
• 如果未加載到，則從 /WEB-INF/lib/*.jar 加載如果未加載到，WebAppclassLoader 會(huì)委派給SharedClassLoader,SharedClassLoad會(huì)委派給CommonClassLoader.....,依次委派給BootstrapClassLoader, 然后BootstrapClassLoader 在自己目錄中查找對(duì)應(yīng)的類如果有則進(jìn)行加載，如果沒有他會(huì)委派給下一級(jí)ExtClassLoader,ExtClassLoader再查找自己目錄下的類，如果有則加載如果沒有則委派給下一級(jí)……遵循雙親委派原則。

3、分析應(yīng)用類加載器的加載過程

應(yīng)用類加載器為WebappClassLoader ，他的loadClass在他的父類WebappClassLoaderBase中。

  public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            if (log.isDebugEnabled())
                log.debug("loadClass(" + name + ", " + resolve + ")");
            Class<?> clazz = null;
            // Log access to stopped class loader
            checkStateForClassLoading(name);    
            //從當(dāng)前ClassLoader的本地緩存中加載類，如果找到則返回
            clazz = findLoadedClass0(name);
            if (clazz != null) {
                if (log.isDebugEnabled())
                    log.debug("  Returning class from cache");
                if (resolve)
                    resolveClass(clazz);
                return clazz;
            }
            // 本地緩存沒有的情況下，調(diào)用ClassLoader的findLoadedClass方法查看jvm是否已經(jīng)加載過此類，如果已經(jīng)加載則直接返回。
            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);
            //此時(shí)的javaseClassLoader是擴(kuò)展類加載器  是把擴(kuò)展類加載器賦值給了javaseClassLoader
            ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader();
            boolean tryLoadingFromJavaseLoader;
            try {
              .....
            //如果可以用getResource得到
            //如果能用擴(kuò)展類加載器的getResource得到就證明可以被擴(kuò)展類加載器加載到接下來安排擴(kuò)展類加載器加載
            if (tryLoadingFromJavaseLoader) {
                try {
                    //使用擴(kuò)展類加載器進(jìn)行加載
                    clazz = javaseLoader.loadClass(name);
                    if (clazz != null) {if (resolve)
resolveClass(clazz);return clazz;
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // Ignore
                }
            }
            // (0.5) Permission to access this class when using a SecurityManager
            if (securityManager != null) {
                int i = name.lastIndexOf('.');
                if (i >= 0) {
                    try {securityManager.checkPackageAccess(name.substring(0,i));
                    } catch (SecurityException se) {String error = "Security Violation, attempt to use " +
"Restricted Class: " + name;log.info(error, se);throw new ClassNotFoundException(error, se);
                    }
                }
            }
            boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true);
            // (1) Delegate to our parent if requested
            //如果是true就是用父類加載器進(jìn)行加載
            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 pare

注：在37行英文注釋中標(biāo)注獲取的是系統(tǒng)類加載器，但我們debug的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)他是擴(kuò)展類加載器，實(shí)際中我們可以推斷出他應(yīng)該是擴(kuò)展類加載器，因?yàn)槿绻覀兗虞d的類在擴(kuò)展類加載器路徑下已經(jīng)存在的話，那我們直接調(diào)用系統(tǒng)類加載器是就是錯(cuò)誤的了，下圖為debug后獲取的類加載器的驗(yàn)證。

總結(jié)

tomcat打破了雙親委派的原則，實(shí)際是在應(yīng)用類加載器中打破了雙親委派，其他類加載器還是遵循雙親委派的。

到此這篇關(guān)于Tomcat類加載機(jī)制的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Tomcat類加載機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索本站以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持本站！

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