Tomcat 6 启动过程分析 (7) - ClassLoader

ClassLoader

Class Loading是java提供的强大机制之一。JVM利用ClassLoader来装载用到的类文件。有两个原因会促使我们自定义ClassLoader：

1. 希望支持一个新的类仓库，而不只是本地文件系统（JVM提供的ClassLoader只能从本地文件系统中load类）。applet ClassLoader 就是一个例子。它支持从HTTP server上load类文件。

2. 希望在一个server上分离用户代码。比如servlet engine， 可能不同的开发者写出的servlet运行在一个engine里面，而他们之间相互不可知的。他们也当然希望自己的代码独立于别人的代码运行。通过为每一个开发者的servlets自定义一个 ClassLoader 把他们的code分离开了。因为在JVM中class是靠它的全限定名称（包名+类名）以及他的ClassLoader来唯一标示的。这样不同的ClassLoader 装入的类就彼此分开了。（A class is uniquely identified in a JVM using its fully qualified class name along with the instance of the ClassLoader that loaded the class. ）。 JVM默认只是通过AppClassLoader来load我们的类。

Class and Data
class表示一段可执行的代码，而data则表示与这段代码关联的类的状态。状态可变，代码通常不能变。当我们将data和class关联起来的时候就是一个类的实例对象。不同的实例拥有不 同的data即状态，但公用一段class代码。在一个JVM中一个Loader指挥load一次同一个类。类是通过全限定名称标识的。不同的loader装的同一个类的类型都不兼容。（classes loaded by different loaders are completely different and not type-compatible to each other. ）

Class Loaders In J2EE

J2EE的class loader主要需要考虑热部署和应用独立性（hot redeployment and application independence）。
一般来说，loaders都是通过父子继承关系方式组织的。所以一般的loader都有父loader，要知道loader本身也是class，也需要被load。当一个loader收到一个class装载请求的时候，它会首先请求它的父loader去做，一直向上请求到top loader。如果父loader能做就做，不能做就往下走，一直到底，在找不到就报ClassNotFoundException。注意，父loader装的class看不到子loader装的class。当然兄弟之间也不行。

Tomcat Class Loaders

当Tomcat启动的时候，它创建几个loader，他们的继承关系，如下：

引用

   Bootstrap
          |
       System
          |
       Common
       /     \
  Webapp1   Webapp2 ...

* Bootstrap
这个loader装载JVM提供的基本的运行时类，以及来至$JAVA_HOME/jre/lib/ext的jar文件。
* System
这个loader装载环境变量CLASSPATH下面的类，这些类对tomcat内部类和web app里面的类都可见。但标准的Tomcat 6 startup scripts ($CATALINA_HOME/bin/catalina.sh or %CATALINA_HOME%\bin\catalina.bat) 完全忽略了CLASSPATH下面的类对它的可见性，取而代之的从下面的库里面构建：
     o $CATALINA_HOME/bin/bootstrap.jar - 包含用于初始化Tomcat 6 server的main()方法以及它所依赖的类。
     o $CATALINA_HOME/bin/tomcat-juli.jar - 更名的Jakarta commons logging API和java.util.logging LogManager.
* Common   
这个loader装载一些额外的类，这些类对tomcat内部类和所有web app里面的类都可见。通常app 类不应该放在这里。它包含$CATALINA_HOME/lib下面未打包的类和资源，并且Jar里面的资源也通过这个loader对外可见了。默认情况包括： 
          o annotations-api.jar - JEE annotations classes.
          o catalina.jar - Implementation of the Catalina servlet container portion of Tomcat 6.
          o catalina-ant.jar - Tomcat Catalina Ant tasks.
          o catalina-ha.jar - High availability package.
          o catalina-tribes.jar - Group communication package.
          o el-api.jar - EL 2.1 API.
          o jasper.jar - Jasper 2 Compiler and Runtime.
          o jasper-el.jar - Jasper 2 EL implementation.
          o jasper-jdt.jar - Eclipse JDT 3.2 Java compiler.
          o jsp-api.jar - JSP 2.1 API.
          o servlet-api.jar - Servlet 2.5 API.
          o tomcat-coyote.jar - Tomcat connectors and utility classes.
          o tomcat-dbcp.jar - package renamed database connection pool based on Commons DBCP.
          o tomcat-i18n-**.jar - Optional JARs containing resource bundles for other languages. As default bundles are also included in each individual JAR, they can be safely removed if no internationalization of messages is needed.
* WebappX   
这个loader装载每一个部署在单个Tomcat 6 实例下面的web application。所有/WEB-INF/classes和/WEB-INF/lib下面的类和资源都在本web app内彼此可见。单对别的web app不可见。
   
源码分析  

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) {
            log.error("Class loader creation threw exception", t);
            System.exit(1);
        }
    }

ClassLoader classLoader = ClassLoaderFactory.createClassLoader
            (locations, types, parent);

classLoader = new StandardClassLoader(array);

参考：
1.  Tomcat 原理解说：启动过程分析
   http://laiyu.blog.techweb.com.cn/archives/2006/20061228163214.shtml
2. Internals of Java Class Loading
   http://www.onjava.com/pub/a/onjava/2005/01/26/classloading.html
3. Understanding J2EE Application Server Class Loading Architectures
   http://www.theserverside.com/tt/articles/article.tss?l=ClassLoading