Tomcat9中類加載體系是怎么樣的
小編給大家分享一下Tomcat9中類加載體系是怎么樣的，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！
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1.概要
Tomcat作為Web容器，支持多個應(yīng)用程序的部署運行，所以會涉及應(yīng)用程序間類庫的隔離和共享，例如：不同應(yīng)用程序既可以使用某個工具類庫的不同版本但互不影響，亦可以共享使用某個類庫。
2.JVM雙親委派模型
在JVM中有3種系統(tǒng)提供的類加載器：
啟動類加載器Bootstrap ClassLoader：這負載加載存放在
/lib目錄中的類庫，啟動類加載器無法被Java程序直接引用 擴展類加載器Extension ClassLoader：負載加載
/lib/ext目錄中的類庫 應(yīng)用程序類加載器 Application ClassLoader：負載加載用戶類路徑CLASSPATH上所指定的類庫，ClassLoader.getSysteClassLoader()方法的返回值就是此加載器，一般情況下這個就是程序中默認的類加載器
我們的應(yīng)用程序都是由這3種類加載器互相配合進行加載的，還可以加入自己定義的類加載器，他們之間的關(guān)系如圖所示：
圖中展示的類加載器之間的層次關(guān)系，成為類加載器的雙親委派模型（Parents Delegation Model），雙親委派模型要求除了頂層的啟動類加載器之外，其余的類加載器都應(yīng)該有父類加載器。這里類加載器之間的父子關(guān)系一般不會繼承（Inheritance）的強耦合關(guān)系來實現(xiàn)，而是使用組合（Composition）的弱耦合關(guān)系來復(fù)用父加載器的代碼。
類加載器的雙親委派模型在JDK1.2期間被引入并被廣泛應(yīng)用于之后的所有Java程序中，但它并不是一個強制的約束模型，而是Java設(shè)計者推薦給開發(fā)者的一種類加載器實現(xiàn)方式，在之后章節(jié)中會看到，在Apache Tomcat中就打破了此模型。
雙親委派模型的工作過程是：如果一個類加載器收到加載類的請求，他首先不會自己去加載這個類，而是把這個請求委派給父加載器去完成，每個層次的類加載器都是如此處理，所有的加載請求最終都會傳送到頂層的啟動類加載器中，只有當(dāng)父加載器反饋自己無法完成這個加載請求時（沒有找類），子加載器才會嘗試自己加載。
雙親委派模型本質(zhì)上就是委托代理，雖然簡單，卻使Java類隨著類加載器一起具備了優(yōu)先級層次，例如類java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，無論哪一個類加載器加載這個類，最終都是委派給啟動類加載器進行加載，最終Object類在程序中的各種類加載器環(huán)境中都是同一個類。也就是說，如果你嘗試編寫一個與rJDK基礎(chǔ)類庫中已有類重名的Java類，類似java.lang.Object，你會發(fā)現(xiàn)，雖然可以正常編譯，但永遠無法被加載運行。
3.Tomcat9類加載體系
功能健全的Web容器的類加載器需要支持以下幾點：
服務(wù)器的類庫要與Web應(yīng)用程序類庫互相隔離，互不影響
同一個服務(wù)器上兩個Web程序所使用的Java類庫實現(xiàn)互相獨立隔離
同一個服務(wù)器上了兩個Web應(yīng)用程序所使用的Java類庫可以被共享
支持JSP的熱替換（HotSwap），修改JSP文件不需要重啟服務(wù)器
基于以上需求，下圖為Tomcat類加載器的委派關(guān)系：
Common ClassLoader：Tomcat的基本類加載器，加載路徑中的class可以被Tomcat容器本身以及各個Webapp應(yīng)用程序訪問
Catalina ClassLoader：Tomcat容器私有的類加載器，加載路徑中的class僅對Tomcat容器本身可見，Webapp應(yīng)用程序不可訪問
Shared ClassLoader：各個Webapp應(yīng)用程序共享的類加載器，加載路徑中的class對于所有的webapp可見
Webapp ClassLoader:各個 Webapp私有的類加載器，加載路徑中的class僅對當(dāng)前webapp可見
JasperLoader：記載方位僅為JSP文件所編譯出的一個.class文件，當(dāng)容器檢測到JSP文件被修改時，互替換掉目前的JasperLoader實例，通過新建一個JSP類加載器來實現(xiàn)JSP文件的HotSwap功能
4.源碼分析
org.apache.catalina.startup.Bootstrap.init()
/**
* Initialize daemon.
* @throws Exception Fatal initialization error
*/
public void init() throws Exception {
initClassLoaders(); //初始化類加載器
Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader); //設(shè)置當(dāng)前線程類加載器為catalinaLoader
SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader); //使用Java SecurityManager初始化
// Load our startup class and call its process() method
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Loading startup class");
Class<?> startupClass = catalinaLoader.loadClass("org.apache.catalina.startup.Catalina");
Object startupInstance = startupClass.getConstructor().newInstance();
// Set the shared extensions class loader
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Setting startup class properties");
String methodName = "setParentClassLoader";
Class<?> paramTypes[] = new Class[1];
paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");
Object paramValues[] = new Object[1];
paramValues[0] = sharedLoader; //WebappLoader的parentLoader
Method method =
startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
method.invoke(startupInstance, paramValues);
catalinaDaemon = startupInstance;
}commLoader、catalinaLoader和sharedLoader的初始化是在Tomcat容器運行的最初進行的，調(diào)用的方法為org.apache.catalina.startup.Bootstrap.init()
initClassLoaders初始化commLoader、catalinaLoader和sharedLoader
設(shè)置當(dāng)前線程的類加載器為catalinaLoader，實現(xiàn)catalinaLoader為容器自身的私有類加載的目的
當(dāng)使用Java SecurityManager時進行一些初始化工作
將sharedLoader向后傳遞，以作為webappLoader的parent
org.apache.catalina.startup.Bootstrap.initClassLoaders()
private void initClassLoaders() {
try {
commonLoader = createClassLoader("common", null);
if (commonLoader == null) {
// no config file, default to this loader - we might be in a 'single' env.
commonLoader = this.getClass().getClassLoader();
}
catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
} catch (Throwable t) {
handleThrowable(t);
log.error("Class loader creation threw exception", t);
System.exit(1);
}
}initClassLoaders方法中，對commLoader、catalinaLoader和sharedLoader進行初始化
commLoader、catalinaLoader和sharedLoader均通過createClassLoader創(chuàng)建
createClassLoader方法的第二參數(shù)為父類加載器，所以catalinaLoader、sharedLoader的父類加載器為commLoader
org.apache.catalina.startup.Bootstrap.createClassLoader()
private ClassLoader createClassLoader(String name, ClassLoader parent)
throws Exception {
String value = CatalinaProperties.getProperty(name + ".loader");
if ((value == null) || (value.equals("")))
return parent;
value = replace(value);
List<Repository> repositories = new ArrayList<>();
String[] repositoryPaths = getPaths(value);
for (String repository : repositoryPaths) {
// Check for a JAR URL repository
try {
@SuppressWarnings("unused")
URL url = new URL(repository);
repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.URL));
continue;
} catch (MalformedURLException e) {
// Ignore
}
// Local repository
if (repository.endsWith("*.jar")) {
repository = repository.substring
(0, repository.length() - "*.jar".length());
repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.GLOB));
} else if (repository.endsWith(".jar")) {
repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.JAR));
} else {
repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.DIR));
}
}
return ClassLoaderFactory.createClassLoader(repositories, parent);
}獲取類加載器相應(yīng)的加載路徑，路徑的配置信息默認在conf/catalina.properties中，也可以通過環(huán)境變量catalina.config指定配置文件
類加載路徑支持：.jar、*.jar和目錄三種形式
當(dāng)沒有配置類加載器對應(yīng)的加載路徑時，則直接返回父類加載器。Tomcat9中catalinaLoader和sharedLoader均沒有進行配置，故這兩個加載器均為commonLoader
以下為Tomat9的conf/catalina.properties默認的加載路徑配置：common.loader="${catalina.base}/lib","${catalina.base}/lib/*.jar","${catalina.home}/lib","${catalina.home}/lib/*.jar" server.loader= shared.loader=org.apache.catalina.core.StandardContext.startInternal()
/**
* Start this component and implement the requirements
* of {@link org.apache.catalina.util.LifecycleBase#startInternal()}.
*
* @exception LifecycleException if this component detects a fatal error
* that prevents this component from being used
*/
@Override
protected synchronized void startInternal() throws LifecycleException {
...省略其他代碼...
if (getLoader() == null) {
WebappLoader webappLoader = new WebappLoader(getParentClassLoader());
webappLoader.setDelegate(getDelegate());
setLoader(webappLoader);
}
...省略其他代碼...
}webappLoader的初始化在StandardContext中進行，這里創(chuàng)建WebappLoader
org.apache.catalina.loader.WebappLoader
//重新實現(xiàn)ClassLoader
private String loaderClass = ParallelWebappClassLoader.class.getName();
@Override
protected void startInternal() throws LifecycleException {
...省略其他代碼...
// Construct a class loader based on our current repositories list
try {
classLoader = createClassLoader(); //創(chuàng)建webappLoader
classLoader.setResources(context.getResources());
classLoader.setDelegate(this.delegate); //是否雙親委派
...省略其他代碼...
}
/**
* Create associated classLoader.
*/
private WebappClassLoaderBase createClassLoader()
throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName(loaderClass);
WebappClassLoaderBase classLoader = null;
if (parentClassLoader == null) {
parentClassLoader = context.getParentClassLoader();
}
Class<?>[] argTypes = { ClassLoader.class };
Object[] args = { parentClassLoader };
Constructor<?> constr = clazz.getConstructor(argTypes);
classLoader = (WebappClassLoaderBase) constr.newInstance(args); //反射創(chuàng)建類加載器
return classLoader;
}在WebappLoader的startInternal()方法調(diào)用createClassLoader()創(chuàng)建webappLoader
createClassLoader()通過反射創(chuàng)建ParallelWebappClassLoader
org.apache.catalina.loader.ParallelWebappClassLoader
public class ParallelWebappClassLoader extends WebappClassLoaderBase{
...省略其他代碼...
}
public abstract class WebappClassLoaderBase extends URLClassLoader
implements Lifecycle, InstrumentableClassLoader, WebappProperties, PermissionCheck {
...省略其他代碼...
@Override
public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
synchronized (JreCompat.isGraalAvailable() ? this : getClassLoadingLock(name)) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("loadClass(" + name + ", " + resolve + ")");
Class<?> clazz = null;
// Log access to stopped class loader
checkStateForClassLoading(name);
// (0)檢查之前加載過的本地緩存，如果緩存存在，則取緩存中的類
clazz = findLoadedClass0(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
// (0.1)檢查之前加載過的本地緩存，如果緩存存在，則取緩存中的類
// GraalVM直接返回null，查詢緩存時，會校驗name的合法性
clazz = JreCompat.isGraalAvailable() ? null : findLoadedClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
//(0.2) 通過系統(tǒng)加載器加載類，放置webapp中覆寫Java SE的基礎(chǔ)類
//此處的類加載器應(yīng)為Bootstrap ClassLoader
String resourceName = binaryNameToPath(name, false);
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) {
// Swallow all exceptions apart from those that must be re-thrown
ExceptionUtils.handleThrowable(t);
// The getResource() trick won't work for this class. We have to
// try loading it directly and accept that we might get a
// ClassNotFoundException.
tryLoadingFromJavaseLoader = true;
}
if (tryLoadingFromJavaseLoader) {
try {
clazz = javaseLoader.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
}
// (0.5) SecurityManager安全檢查
if (securityManager != null) {
int i = name.lastIndexOf('.');
if (i >= 0) {
try {
securityManager.checkPackageAccess(name.substring(0,i));
} catch (SecurityException se) {
String error = sm.getString("webappClassLoader.restrictedPackage", name);
log.info(error, se);
throw new ClassNotFoundException(error, se);
}
}
}
boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true);
// (1) 當(dāng)設(shè)置雙親委派或者加載類的名稱為Tomcat容器內(nèi)部的類，則委托給父類加載器加載
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 parent");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
}
// (2) 在應(yīng)用類加載路徑進行加載
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
}
// (3) 委托父類加載器加載
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);
}
...省略其他代碼...
}ParallelWebappClassLoader繼承了WebappClassLoaderBase，而WebappClassLoaderBase繼承了URLClassLoader，并覆寫了loadClass()方法，相當(dāng)于實現(xiàn)了自己的類加載器
loadClass()方法顯示，Tomcat類加載體系打破了雙親委派模型，其加載過程為
從緩存中查詢，如果已加載過，則直接返回緩存中的class
通過系統(tǒng)類加載器加載(Bootstrap ClassLoader)，已避免應(yīng)用程序中覆寫JavaSE基礎(chǔ)類
判斷是否設(shè)置為雙親委派，或者classname為特定路徑下的，則委托給父類加載器夾雜
通過應(yīng)用程序類加載路徑加載，加載通過WebResourceRoot進行
當(dāng)雙親委派標記為假時，最終委托給父類加載器加載
其中必須通過父類加載加載的類名稱通過filter()方法判斷：
protected boolean filter(String name, boolean isClassName) {
if (name == null)
return false;
char ch;
if (name.startsWith("javax")) {
/* 5 == length("javax") */
if (name.length() == 5) {
return false;
}
ch = name.charAt(5);
if (isClassName && ch == '.') {
/* 6 == length("javax.") */
if (name.startsWith("servlet.jsp.jstl.", 6)) {
return false;
}
if (name.startsWith("el.", 6) ||
name.startsWith("servlet.", 6) ||
name.startsWith("websocket.", 6) ||
name.startsWith("security.auth.message.", 6)) {
return true;
}
} else if (!isClassName && ch == '/') {
/* 6 == length("javax/") */
if (name.startsWith("servlet/jsp/jstl/", 6)) {
return false;
}
if (name.startsWith("el/", 6) ||
name.startsWith("servlet/", 6) ||
name.startsWith("websocket/", 6) ||
name.startsWith("security/auth/message/", 6)) {
return true;
}
}
} else if (name.startsWith("org")) {
/* 3 == length("org") */
if (name.length() == 3) {
return false;
}
ch = name.charAt(3);
if (isClassName && ch == '.') {
/* 4 == length("org.") */
if (name.startsWith("apache.", 4)) {
/* 11 == length("org.apache.") */
if (name.startsWith("tomcat.jdbc.", 11)) {
return false;
}
if (name.startsWith("el.", 11) ||
name.startsWith("catalina.", 11) ||
name.startsWith("jasper.", 11) ||
name.startsWith("juli.", 11) ||
name.startsWith("tomcat.", 11) ||
name.startsWith("naming.", 11) ||
name.startsWith("coyote.", 11)) {
return true;
}
}
} else if (!isClassName && ch == '/') {
/* 4 == length("org/") */
if (name.startsWith("apache/", 4)) {
/* 11 == length("org/apache/") */
if (name.startsWith("tomcat/jdbc/", 11)) {
return false;
}
if (name.startsWith("el/", 11) ||
name.startsWith("catalina/", 11) ||
name.startsWith("jasper/", 11) ||
name.startsWith("juli/", 11) ||
name.startsWith("tomcat/", 11) ||
name.startsWith("naming/", 11) ||
name.startsWith("coyote/", 11)) {
return true;
}
}
}
}
return false;
}org.apache.catalina.webresources.StandardRoot
public class StandardRoot extends LifecycleMBeanBase implements WebResourceRoot {
...省略其他代碼...
private final List<WebResourceSet> preResources = new ArrayList<>();
private WebResourceSet main;
private final List<WebResourceSet> classResources = new ArrayList<>();
private final List<WebResourceSet> jarResources = new ArrayList<>(); //對應(yīng)WEB-INF/lib
private final List<WebResourceSet> postResources = new ArrayList<>();
private final List<WebResourceSet> mainResources = new ArrayList<>(); //對應(yīng)應(yīng)用webapp路徑
private final List<List<WebResourceSet>> allResources = new ArrayList<>();
{
allResources.add(preResources);
allResources.add(mainResources);
allResources.add(classResources);
allResources.add(jarResources);
allResources.add(postResources);
}
...省略其他代碼...
}StandardRoot 在容器創(chuàng)建時進行初始化，其實現(xiàn)了接口WebResourceRoot ，用于加載Webapp類庫。
以上代碼可以看出，在Tomcat中Webapp類加載順序為：
preResources->mainResources->classResources->jarResources->postResources
其中主要用到的資源路徑為：
mainResources：對應(yīng)應(yīng)用目錄下WEB-INF/classes
classResources：對應(yīng)應(yīng)用目錄下WEB-INF/lib
所以在開發(fā)時，可以在src目錄下覆蓋lib包中的類，因為WEB-INF/classes會有限WEB-INF/lib進行加載。通常我們可以將依賴的第三方類庫的源代碼復(fù)制到src目錄經(jīng)，通過Tomcat運行進行debug，這對于排查第三方類庫的問題很有幫助。
org.apache.jasper.JspCompilationContext
public ClassLoader getJspLoader() {
if( jspLoader == null ) {
jspLoader = new JasperLoader
(new URL[] {baseUrl},
getClassLoader(),
rctxt.getPermissionCollection());
}
return jspLoader;
}
public void clearJspLoader() {
jspLoader = null;
}在Tomcat的conf/web.xml中，指定了處理JSP的Servlet：org.apache.jasper.servlet.JspServlet，在處理JSP頁面的請求時，Tomcat會檢測相應(yīng)的JSP文件是否發(fā)生的修改，如果修改則會清理JSP的編譯文件，然后先生成java文件，在編譯為class文件
jspLoader為加載JSP的轉(zhuǎn)化成的Servlet的類加載器，在Tomcat檢測到j(luò)sp文件發(fā)生變化時都會重新生成
jspLoader的父類加載器為webapp的classloader，父類加載器的初始在org.apache.jasper.compiler.JspRuntimeContext的構(gòu)造方法中，詳見如下代碼
public JspRuntimeContext(ServletContext context, Options options) { ..省略其他代碼 // Get the parent class loader ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); if (loader == null) { loader = this.getClass().getClassLoader(); } parentClassLoader = loader; ...省略其他代碼... }
以上是“Tomcat9中類加載體系是怎么樣的”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內(nèi)容對大家有所幫助，如果還想學(xué)習(xí)更多知識，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道！
當(dāng)前標題：Tomcat9中類加載體系是怎么樣的
當(dāng)前鏈接：http://muchs.cn/article22/pidjjc.html
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