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标题: 【上海校区】Tomcat 类加载器的实现 [打印本页]
作者: biu波儿了罢 时间: 2019-9-21 09:58
标题: 【上海校区】Tomcat 类加载器的实现
本帖最后由 biu波儿了罢 于 2019-9-21 10:02 编辑
Tomcat 类加载器的实现
Tomcat 内部定义了多个 ClassLoader，以便应用和容器访问不同存储库中的类和资源，同时达到应用间类隔离的目的。
1. Java 类加载机制
类加载就是把编译生成的 class 文件，加载到 JVM 内存中（永久代/元空间）。
类加载器之所以能实现类隔离，是因为两个类相等的前提是它们由同一个类加载器加载，否则必定不相等。
JVM 在加载时，采用的是一种双亲委托机制，当类加载器要加载一个类时，加载顺序是：
首先将请求委托给父加载器，如果父加载器找不到要加载的类
然后再查找自己的存储库尝试加载
这个机制的好处就是能够保证核心类库不被覆盖。
而按照 Servlet 规范的建议，Webapp 加载器略有不同，它首先会在自己的资源库中搜索，而不是向上委托，打破了标准的委托机制，来看下 Tomcat 的设计和实现。
2. Tomcat 类加载器设计
Tomcat 整体类加载器结构如下：
其中 JDK 内部提供的类加载器分别是：
- Bootstrap - 启动类加载器，属于 JVM 的一部分，加载 <JAVA_HOME>/lib/ 目录下特定的文件
- Extension - 扩展类加载器，加载 <JAVA_HOME>/lib/ext/ 目录下的类库
- Application - 应用程序类加载器，也叫系统类加载器，加载 CLASSPATH 指定的类库
Tomcat 自定义实现的类加载器分别是：
- Common - 父加载器是 AppClassLoader，默认加载 ${catalina.home}/lib/ 目录下的类库
- Catalina - 父加载器是 Common 类加载器，加载 catalina.properties 配置文件中 server.loader 配置的资源，一般是 Tomcat 内部使用的资源
- Shared - 父加载器是 Common 类加载器，加载 catalina.properties 配置文件中 shared.loader 配置的资源，一般是所有 Web 应用共享的资源
- WebappX - 父加载器是 Shared 加载器，加载 /WEB-INF/classes 的 class 和 /WEB-INF/lib/ 中的 jar 包
- JasperLoader - 父加载器是 Webapp 加载器，加载 work 目录应用编译 JSP 生成的 class 文件
在实现时，上图不是继承关系，而是通过组合体现父子关系。Tomcat 类加载器的源码类图：
Common、Catalina 、Shared 它们都是 StandardClassLoader 的实例，在默认情况下，它们引用的是同一个对象。其中 StandardClassLoader 与 URLClassLoader 没有区别；WebappClassLoader 则按规范实现以下顺序的查找并加载：
- 从 JVM 内部的 Bootstrap 仓库加载
- 从应用程序加载器路径，即 CLASSPATH 下加载
- 从 Web 程序内的 /WEB-INF/classes 目录
- 从 Web 程序内的 /WEB-INF/lib 中的 jar 文件
- 从容器 Common 加载器仓库，即所有 Web 程序共享的资源加载
接下来看下源码实现。
3. 自定义加载器的初始化
common 类加载器是在 Bootstrap 的 initClassLoaders 初始化的，源码如下：
[Java] 纯文本查看 复制代码
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();
}
// 指定仓库路径配置文件前缀和父加载器，创建 ClassLoader 实例
catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
} catch (Throwable t) {
log.error("Class loader creation threw exception", t);
System.exit(1);
}
}
可以看到分别创建了三个类加载器，createClassLoader 就是根据配置获取资源仓库地址，最后返回一个 StandardClassLoader 实例，核心代码如下:
[Java] 纯文本查看 复制代码
private ClassLoader createClassLoader(String name, ClassLoader parent)
throws Exception {
String value = CatalinaProperties.getProperty(name + ".loader");
if ((value == null) || (value.equals("")))
return parent; // 如果没有配置，则返回传入的父加载器
ArrayList repositoryLocations = new ArrayList();
ArrayList repositoryTypes = new ArrayList();
...
// 获取资源仓库路径
String[] locations = (String[]) repositoryLocations.toArray(new String[0]);
Integer[] types = (Integer[]) repositoryTypes.toArray(new Integer[0]);
// 创建一个 StandardClassLoader 对象
ClassLoader classLoader = ClassLoaderFactory.createClassLoader
(locations, types, parent);
...
return classLoader;
}
类加载器初始化完毕后，会创建一个 Catalina 对象，最终会调用它的 load 方法，解析 server.xml 初始化容器内部组件。那么容器，比如 Engine，又是怎么关联到这个设置的父加载器的呢？
Catalina 对象有一个 parentClassLoader 成员变量，它是所有组件的父加载器，默认是 AppClassLoader，在此对象创建完毕时，会反射调用它的 setParentClassLoader 方法，将父加载器设为 sharedLoader。
而 Tomcat 内部顶级容器 Engine 在初始化时，Digester 有一个 SetParentClassLoaderRule 规则，会将 Catalina 的 parentClassLoader 通过 Engine.setParentClassLoader 方法关联起来。
4. 如何打破双亲委托机制
答案是使用 Thread.getContextClassLoader() - 当前线程的上下文加载器，该加载器可通过 Thread.setContextClassLoader() 在代码运行时动态设置。
默认情况下，Thread 上下文加载器继承自父线程，也就是说所有线程默认上下文加载器都与第一个启动的线程相同，也就是 main 线程，它的上下文加载器是 AppClassLoader。
Tomcat 就是在 StandardContext 启动时首先初始化一个 WebappClassLoader 然后设置为当前线程的上下文加载器，最后将其封装为 Loader 对象，借助容器之间的父子关系，在加载 Servlet 类时使用。
5. Web 应用的类加载
Web 应用的类加载是由 WebappClassLoader 的方法 loadClass(String, boolean) 完成，核心代码如下：
[Java] 纯文本查看 复制代码
public synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
...
Class clazz = null;
// (0) 检查自身内部缓存中是否已经加载
clazz = findLoadedClass0(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve) resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
// (0.1) 检查 JVM 的缓存中是否已经加载
clazz = findLoadedClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve) resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
// (0.2) 尝试使用系统类加载加载，防止覆盖 J2SE 类
try {
clazz = system.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve) resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {// Ignore}
// (0.5) 使用 SecurityManager 检查是否有此类的访问权限
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);
// (1) 是否委托给父类，这里默认为 false
if (delegateLoad) {
...
}
// (2) 尝试查找自己的存储库并加载
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) {}
// (3) 如果此时还加载失败，那么将加载请求委托给父加载器
if (!delegateLoad) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Delegating to parent classloader at end: " + parent);
ClassLoader loader = parent;
if (loader == null)
loader = system;
try {
clazz = loader.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Loading class from parent");
if (resolve) resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {}
}
// 最后加载失败，抛出异常
throw new ClassNotFoundException(name);
}
在防止
覆盖 J2SE 类的时候，版本 Tomcat 6，使用的是 AppClassLoader，rt.jar 核心类库是由 Bootstrap Classloader 加载的，但是在 Java 代码是获取不了这个加载器的，在高版本做了以下优化：
[Java] 纯文本查看 复制代码
ClassLoader j = String.class.getClassLoader();
if (j == null) {
j = getSystemClassLoader();
while (j.getParent() != null) {
j = j.getParent();
}
}
this.javaseClassLoader = j;
也就是使用尽可能接近 Bootstrap 加载器的类加载器。
文章摘自：https://juejin.im/post/5d832291f265da03d063d91c
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