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Tomcat 源代码分析之ClassLoader

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   发表时间:2012-02-14   最后修改:2012-02-17

 

Tomcat 源代码分析之ClassLoader

此系列文章皆为Tomcat 7.0代码代码分析。

 

1. ClassLoader基础知识

1.1. Parent-Child委托模型

 

我们知道Java系统中,类加载器的默认加载方式是采用Parent-Child委托方式加载类的,即就是说,先尝试使用父类加载器加载类,如果没有找到,才自己加载该类,可以看到,这是一个递归的加载过程,核心代码大致如下:

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                ……
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    …
                    c = findClass(name);
                    ……
                }
            }
            ……
            return c;
        }
    }
 很多ClassLoader的继承类都默认了这种加载方式,其中用途比较广泛的有URLClassLoader。

1.2. 类加载器运行时模型:

 

当一个JVM启动时,至少有三个ClassLoader会被启动:

1. Bootstrap 类加载器

加载Java核心包,它们被置放在(<JAVA_HOME>/lib目录下,这部分是JVM的一部分,往往使用native code完成

2. Extensions类加载器

加载Java扩展包,即位于<JAVA_HOME>/lib/ext下的包,这里要注意的是,有些JVM的这个加载器和Bootstrap类加载器是同一个加载器,而Sun是把二者分开的,其实现类为sun.misc.Launcher$ExtClassLoader。

3. System类加载器

这个类加载器加载CLASSPATH下的类,Sun的 默认实现是sun.misc.Launcher$AppClassLoader 。

这三者之间的父子关系是:Bootstrap类加载器是Extensions类加载器的父类加载器,而Extensions类加载器是System类加载器的父类加载器。

2. Tomcat Classloader模型

Tomcat 7.0的ClassLoader加载层次模型如下图所示:

 

 

这个模型和之前Tomcat 5.5之前有些不同,因为之前的除过Common类加载器之外,还有Catalina类加载器和Shared类加载器,这个只能导致更多的配置和概念,已经不再使用了,虽然还可以进行配置。

1. Common类加载器:加载$CATALINA_HOME/lib和$CATALINA_BASE/lib下的class文件和jar包以及旗下的资源文件,这些文件将会被所有Web应用共有,也会被Tomcat运行时用到。其配置在catalina.properties下,如果没有配置,则默认使用System类加载器,配置示例:
common.loader=${catalina.home}/lib,${catalina.home}/lib/*.jar
2. App类加载器:Web 应用的类加载器,Web应用下的资源文件,class文件盒jar包,按照Java Web规范的标准,它们位于Web应用的/WEB-INF/classes和/WEB-INF/lib文件夹下。

3. 类加载器的实现

 

Tomcat类加载器其实有三个类实现:StandardClassLoader,WebappClassLoader和JasperLoader,这三个类加载器都是URLClassLoader的子类。不同的是,StandardClassLoader并没有客户化URLClassLoader方法,即,它也是采用委托的方式加载类的。而其他都覆写了loadClass()方法。

1. StandardClassLoader类加载器会创建Common类加载器的实例。

2. WebappClassLoader为每个应用创建类加载器实例,对于加载Web应用的类时,我们并非推荐使用父子委托模型,但是必须保证以java.*和javax.*开头的包必须由System类加载器加载,即最终由Bootstrap加载器加载。

核心代码如下:

 

public Class loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException {

       ……

        // (0) Check our previously loaded local class cache
        clazz = findLoadedClass0(name);
        if (clazz != null) {
            if (log.isDebugEnabled())
                log.debug("  Returning class from cache");
            if (resolve)
                resolveClass(clazz);
            return (clazz);
        }

        // (0.1) Check our previously loaded class cache
        clazz = findLoadedClass(name);
        if (clazz != null) {
            if (log.isDebugEnabled())
                log.debug("  Returning class from cache");
            if (resolve)
                resolveClass(clazz);
            return (clazz);
        }

        // (0.2) Try loading the class with the system class loader, to prevent
        //       the webapp from overriding J2SE classes
       //保证以java.*和javax.*开头的包必须由System类加载器加载
        try {
            clazz = system.loadClass(name);
            if (clazz != null) {
                if (resolve)
                    resolveClass(clazz);
                return (clazz);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // Ignore
        }

        ……

        boolean delegateLoad = delegate || filter(name);

        // (1) Delegate to our parent if requested
        //Mbeans加载时,是否采用delegate方式
        if (delegateLoad) {
            if (log.isDebugEnabled())
                log.debug("  Delegating to parent classloader1 " + 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) {
                ;
            }
        }

        // (2) Search local repositories
       //先本地加载,不委托父加载器加载
        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) {
            ;
        }

        // 最后使用父加载器加载
        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) {
                ;
            }
        }

        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

 

可以看到,并非简单的父子委托方式加载类

3. JasperLoader是为了加载jsp编译成的servlet而创建的类加载器,它覆写了loadClass()方法,除过加载org.apache.jsp.*的文件外,其他的均使用父加载器加载。

核心代码如下:

 

public Class loadClass(final String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException {

        Class clazz = null;                
                                           
        // (0) Check our previously loaded class cache
        clazz = findLoadedClass(name);     
        if (clazz != null) {               
            if (resolve)                   
                resolveClass(clazz);       
            return (clazz);        
        }                          
                          
        // (.5) Permission to access this class when using a SecurityManager
        ……

	if( !name.startsWith(Constants.JSP_PACKAGE_NAME) ) {
            // Class is not in org.apache.jsp, therefore, have our
            // parent load it
            clazz = parent.loadClass(name);            
	    if( resolve )
		resolveClass(clazz);
	    return clazz;
	}
        //所有的以org.apache.jsp.*开头的文件都由该类加载器加载。
	return findClass(name);
    }
 

 

今天就讲到这里了。

 

 

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   发表时间:2012-02-16  
好东西,学习中!
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   发表时间:2012-02-16   最后修改:2012-02-16
少了两个貌似。

一个 sharedClassLoader用来加载app可见的包
一个 serverClassLoader用来加载tomcat服务必须的包
我没看过tomcat的源码,
但我感觉,sharedClassLoader应该是appClassloader的parent
不知道是不是

网上看到的资料,加载servlet的classloader(appclassloader?)。似乎比较特殊,
不是按标准的 先让parent加载,而是自己先加载。
有点模糊,有见解的话,麻烦给我解惑下。
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   发表时间:2012-02-16  
leonayx123 写道
少了两个貌似。

一个 sharedClassLoader用来加载app可见的包
一个 serverClassLoader用来加载tomcat服务必须的包
我没看过tomcat的源码,
但我感觉,sharedClassLoader应该是appClassloader的parent
不知道是不是

网上看到的资料,加载servlet的classloader(appclassloader?)。似乎比较特殊,
不是按标准的 先让parent加载,而是自己先加载。
有点模糊,有见解的话,麻烦给我解惑下。


redhat 写道

这个模型和之前Tomcat 5.5之前有些不同,因为之前的除过Common类加载器之外,还有Catalina类加载器和Shared类加载器,这个只能导致更多的配置和概念,已经不再使用了,虽然还可以进行配置。

这个已经提到了,是以前的,本文是按照7.0说明的。
Catalina类加载器和Shared类加载器不同,
Catalina类加载器加载Catalina servlet(tomcat)需要的jar包和class文件
Shared类加载器,加载所有web app共有的
common相当于Shared类加载器+Catalina类加载器。
但是这个如上述所说,很繁复,所以现在只有一种了。
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   发表时间:2012-02-17  
系统类加载器SUN给出的实现应该是sun.misc.Launcher$AppClassLoader,sun.misc.Launcher$ExtClassLoader是扩展类加载器的实现
1 请登录后投票
   发表时间:2012-02-17  
xpjsky 写道
系统类加载器SUN给出的实现应该是sun.misc.Launcher$AppClassLoader,sun.misc.Launcher$ExtClassLoader是扩展类加载器的实现

确实写错了,把ext和sys写成同一个了,谢谢指正!
0 请登录后投票
   发表时间:2012-02-17  
写得不错,还缺少点内容,比如为什么每个app都是独立的,jsp热部署怎么做到的,还有怎么实现java类的热部署
看到lz写的今天就到这里,应该是下面还有内容,期待lz的下文
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   发表时间:2012-02-17  
缺少原理的分析,还是不缺乏JAVA学习者特点,复制粘贴的比较严重
0 请登录后投票
   发表时间:2012-02-17  
+1,的确看出,不是出于理解性的阐述
0 请登录后投票
   发表时间:2012-03-18  
其实挺简单的,Web类加载器设计要求:

1. 保证每个Web App应用的隔离;以免发生不同的Web App中存在同名的类,系统运行时会发生不可预测的问题。

2. 保证Web App里面的包优先于common包加载,以满足App之特别要求。

3. 充分利用Java原有的父子加载模型。保证标准java库,和tomcat命令行指定的库可以被加载进来。

这样的要求就决定了tomcat的加载顺序。
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