浅析Tomcat防止文件被锁的方式

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源码分析

Tomcat 文件被锁源码分析

在Windows平台的Tomcat上部署应用后，应用下的个别文件可能会被Tomcat锁住，解部署的时候删除不掉那些内容，就会导致无法重部署。如果解部署删除不掉被锁的文件，Tomcat会在日志中警告说：

2013-1-9 15:44:09 org.apache.catalina.startup.ExpandWar delete
严重: [D:\tomcat\apache-tomcat-7.0.32\webapps\struts2-blank] could not be completely deleted. The presence of the remaining files may cause problems

被锁的文件通常是/WEB-INF/lib下的Jar包，又以Struts2和XWork的Jar包为甚。

遇到这个问题，最简单但最折腾的做法就是停止Tomcat、手动删除webapps目录下残留的文件，再重启、重新部署应用。

说明：

测试应用是Struts 2.3.8自带的struts2-blank.war

源码分析对象是Tomcat 7.0.23

1. 文件是如何被锁的？

Tomcat会为每个应用创建一个单独的ClassLoader（WebappClassLoader），负责加载应用使用的Java类和资源。
WebappClassLoader是java.net.URLClassLoader的子类，URLClassLoader在加载资源的时候会使用getResource方法去访问资源，如果资源文件在Jar包里，那就会打开到Jar包的URL连接，而URLConnection缺省会打开一个缓存、将创建过连接的内容缓存起来，一旦内容被缓存，那相应的Jar包就会被锁定。

2. 解决方案

针对Windows上文件被锁、不能重部署应用的问题，Tomcat给出了两个解决方案：

2.1 从Tomcat 5.0开始，可以在context.xml的Context元素上设置antiJARLocking属性为true；从Tomcat 5.5开始，可以在context.xml的Context元素上设置antiResourceLocking属性为true（说明）

但在Tomcat 7.0.23（注释掉server.xml里Server元素下的JreMemoryLeakPreventionListener，这个监听器在后面分析）和Tomcat 6.0.20里用struts2-blank.war测试，只有将antiResourceLocking设置为true，Struts和XWork的Jar包才会在解部署时删除。接下来分析一下这两个属性的工作原理。

（1）antiJARLocking

先来看看应用的antiJARLocking属性设置为true时，Tomcat是怎么处理的。
针对antiJARLocking属性的处理集中在WebappClassLoader的getResource和findResourceInternal方法里，主要原理是将包含在Jar包里的资源抽取放到应用的工作目录（work里应用对应的目录）下去。findResourceInternal的主要代码为：

if (antiJARLocking && !(path.endsWith(".class"))) {
    byte[] buf = new byte[1024];
    File resourceFile = new File
        (loaderDir, jarEntry.getName());
    if (!resourceFile.exists()) {
        Enumeration<JarEntry> entries =
            jarFiles[i].entries();
        while (entries.hasMoreElements()) {
            JarEntry jarEntry2 =  entries.nextElement();
            if (!(jarEntry2.isDirectory())
                && (!jarEntry2.getName().endsWith
                    (".class"))) {
                resourceFile = new File
                    (loaderDir, jarEntry2.getName());
                ......
                File parentFile = resourceFile.getParentFile();
                if (!parentFile.mkdirs() && !parentFile.exists()) {
                    // Ignore the error (like the IOExceptions below)
                }
                FileOutputStream os = null;
                InputStream is = null;
                try {
                    is = jarFiles[i].getInputStream
                        (jarEntry2);
                    os = new FileOutputStream
                        (resourceFile);
                    while (true) {
                        int n = is.read(buf);
                        if (n <= 0) {
                            break;
                        }
                        os.write(buf, 0, n);
                    }
                    resourceFile.setLastModified(
                            jarEntry2.getTime());
                } catch (IOException e) {
                    // Ignore
                } finally {
                    // 关闭流、释放资源
                }
            }
        }
    }
}

把这个属性设置为true之后，部署应用就可以在work\Catalina\localhost\struts2-blank\loader目录下看到被解压的Jar包内容。

antiJARLocking属性在有的时候并不会生效，从WebappClassLoader的getResource和findResource方法逻辑里可以看出一些端倪，在一些情况下（通过对Loader的delegate、searchExternalFirst等相关属性进行配置），资源的获取并不是WebappClassLoader去做的，而是其父加载器的getResource方法或父类的findResource方法去做的，WebappClassLoader的父类是URLClassLoader、父加载器是URLClassLoader实例。

（2）antiResourceLocking

当antiResourceLocking设置为true的时候，Tomcat不会锁定应用下的任何文件。那Tomcat是怎么做到这一点的呢？
在Tomcat的架构里，应用也是一个级别的容器，对应的接口是Context；各级容器本身都具备生命周期，而且配置了多个生命周期监听器来监听容器不同的生命周期过程。Tomcat在初始化的时候，给Context增加了一个生命周期监听器org.apache.catalina.startup.ContextConfig；然后在Context真正开始启动之前，会有一个BEFORE_START_EVENT状态，ContextConfig监听到这个状态的事件后，就会针对antiResourceLocking进行处理。

antiLocking的主要代码和主要逻辑为：

    protected void antiLocking() {
        // 只针对应用做处理，应用的antiResourceLocking属性设置为true
        if ((context instanceof StandardContext)
            && ((StandardContext) context).getAntiResourceLocking()) {
           
            // 获取应用原始的doc base（docBaseFile变量，缺省是webapps下以应用名称为名的目录）
            Host host = (Host) context.getParent();
            String appBase = host.getAppBase();
            String docBase = context.getDocBase();
            if (docBase == null)
                return;
            if (originalDocBase == null) {
                originalDocBase = docBase;
            } else {
                docBase = originalDocBase;
            }
            File docBaseFile = new File(docBase);
            if (!docBaseFile.isAbsolute()) {
                File file = new File(appBase);
                if (!file.isAbsolute()) {
                    file = new File(getBaseDir(), appBase);
                }
                docBaseFile = new File(file, docBase);
            }
           
            // 获取应用的“path + version”，作为新的doc base，version通常是空
            String path = context.getPath();
            if (path == null) {
                return;
            }
            ContextName cn = new ContextName(path, context.getWebappVersion());
            docBase = cn.getBaseName();

            // 在java.io.tmpdir下新建目录
            File file = null;
            if (originalDocBase.toLowerCase(Locale.ENGLISH).endsWith(".war")) {
                file = new File(System.getProperty("java.io.tmpdir"),
                        deploymentCount++ + "-" + docBase + ".war");
            } else {
                file = new File(System.getProperty("java.io.tmpdir"),
                        deploymentCount++ + "-" + docBase);
            }

            // 将应用的内容从原始doc base拷贝到java.io.tmpdir下新建的目录中，
            // 并将临时目录下的内容作为应用的doc base
            ExpandWar.delete(file);
            if (ExpandWar.copy(docBaseFile, file)) {
                context.setDocBase(file.getAbsolutePath());
            }           
        }       
    }

总结一下，就是如果应用的antiResourceLocking属性设置为true，就将应用的doc base移到临时目录下，让Tomca不会占用webapps下的文件。Tomcat里java.io.tmpdir默认指向Tomcat的temp目录。

副作用
从上面的分析来看，antiResourceLocking为true有几个副作用：
1) 会延长应用的启动时间，因为多了临时目录的清理和往临时目录拷贝应用内容的操作；
2) 如果不知道这个属性的原理，修改webapps下应用的JSP，那就不会动态重加载到新的页面内容了，因为应用的doc base已经不再在webapps下了；
3) 停止Tomcat的时候，临时目录下实际的doc base会被删掉，代码如下：

    protected synchronized void configureStop() {
        ......
        Host host = (Host) context.getParent();
        String appBase = host.getAppBase();
        String docBase = context.getDocBase();
        // originalDocBase变量初始为null，只有antiResourceLocking为true时才会赋值
        if ((docBase != null) && (originalDocBase != null)) {
            File docBaseFile = new File(docBase);
            if (!docBaseFile.isAbsolute()) {
                docBaseFile = new File(appBase, docBase);
            }
            // 删除
            ExpandWar.delete(docBaseFile, false);
        }
        ......
    }

结合第二条和第三条，如果要修改应用的JSP，那必须将改动同时拷贝到两个目录下（原始doc base和临时目录下的doc base）。
所以Tomcat里这个属性缺省为false。在使用Tomcat 6.0.24之前的版本时，如果要用这个属性解决文件被锁的问题，三思而行。

2.2 从Tomcat 6.0.24开始，可以在server.xml的Server元素下配置JreMemoryLeakPreventionListener的urlCacheProtection属性为true（说明）

这个监听器有诸多属性，其中解决文件被锁的是urlCacheProtection属性。urlCacheProtection的原理很简单，就是针对文件被锁的根本原因进行处理——在Server（Tomcat的顶级容器）初始化之前就将URLConnection的缓存关掉。

// Set the default URL caching policy to not to cache
if (urlCacheProtection) {
    try {
        // Doesn't matter that this JAR doesn't exist - just as
        // long as the URL is well-formed
        URL url = new URL("jar:file://dummy.jar!/");
        URLConnection uConn = url.openConnection();
        uConn.setDefaultUseCaches(false); // 修改URLConnection私有的静态变量defaultUserCaches
    } catch (MalformedURLException e) {
        log.error(sm.getString("jreLeakListener.jarUrlConnCacheFail"), e);
    } catch (IOException e) {
        log.error(sm.getString("jreLeakListener.jarUrlConnCacheFail"), e);
    }
}

这个监听器是缺省配置的，urlCacheProtection属性也缺省为true，所以从Tomcat 6.0.24开始，文件被锁定的问题就不存在了。

另外需要注意的是，JreMemoryLeakPreventionListener这个监听器只能设置给Server（Tomcat的顶级容器），所以urlCacheProtection设置为true的话，对所有应用都会生效。