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Tomcat 類加載器的實現(xiàn)方法及實例代碼

 更新時間:2019年05月09日 09:01:55   作者:wskwbog  
這篇文章主要介紹了Tomcat 類加載器的實現(xiàn)方法及實例代碼,本文給大家介紹的非常詳細,具有一定的參考借鑒價值 ,需要的朋友可以參考下

Tomcat 內(nèi)部定義了多個 ClassLoader,以便應(yīng)用和容器訪問不同存儲庫中的類和資源,同時達到應(yīng)用間類隔離的目的。

1. Java 類加載機制

類加載就是把編譯生成的 class 文件,加載到 JVM 內(nèi)存中(永久代/元空間)。

類加載器之所以能實現(xiàn)類隔離,是因為兩個類相等的前提是它們由同一個類加載器加載,否則必定不相等。

JVM 在加載時,采用的是一種雙親委托機制,當類加載器要加載一個類時,加載順序是:

首先將請求委托給父加載器,如果父加載器找不到要加載的類然后再查找自己的存儲庫嘗試加載

這個機制的好處就是能夠保證核心類庫不被覆蓋。

而按照 Servlet 規(guī)范的建議,Webapp 加載器略有不同,它首先會在自己的資源庫中搜索,而不是向上委托,打破了標準的委托機制,來看下 Tomcat 的設(shè)計和實現(xiàn)。

2. Tomcat 類加載器設(shè)計

Tomcat 整體類加載器結(jié)構(gòu)如下:

其中 JDK 內(nèi)部提供的類加載器分別是:

Bootstrap - 啟動類加載器,屬于 JVM 的一部分,加載 <JAVA_HOME>/lib/ 目錄下特定的文件Extension - 擴展類加載器,加載 <JAVA_HOME>/lib/ext/ 目錄下的類庫Application - 應(yīng)用程序類加載器,也叫系統(tǒng)類加載器,加載 CLASSPATH 指定的類庫

Tomcat 自定義實現(xiàn)的類加載器分別是:

Common - 父加載器是 AppClassLoader,默認加載 ${catalina.home}/lib/ 目錄下的類庫Catalina - 父加載器是 Common 類加載器,加載 catalina.properties 配置文件中 server.loader 配置的資源,一般是 Tomcat 內(nèi)部使用的資源Shared - 父加載器是 Common 類加載器,加載 catalina.properties 配置文件中 shared.loader 配置的資源,一般是所有 Web 應(yīng)用共享的資源WebappX - 父加載器是 Shared 加載器,加載 /WEB-INF/classes 的 class 和 /WEB-INF/lib/ 中的 jar 包JasperLoader - 父加載器是 Webapp 加載器,加載 work 目錄應(yīng)用編譯 JSP 生成的 class 文件

在實現(xiàn)時,上圖不是繼承關(guān)系,而是通過組合體現(xiàn)父子關(guān)系。Tomcat 類加載器的源碼類圖:

Common、Catalina 、Shared 它們都是 StandardClassLoader 的實例,在默認情況下,它們引用的是同一個對象。其中 StandardClassLoader 與 URLClassLoader 沒有區(qū)別;WebappClassLoader 則按規(guī)范實現(xiàn)以下順序的查找并加載:

從 JVM 內(nèi)部的 Bootstrap 倉庫加載從應(yīng)用程序加載器路徑,即 CLASSPATH 下加載從 Web 程序內(nèi)的 /WEB-INF/classes 目錄從 Web 程序內(nèi)的 /WEB-INF/lib 中的 jar 文件從容器 Common 加載器倉庫,即所有 Web 程序共享的資源加載

接下來看下源碼實現(xiàn)。

3. 自定義加載器的初始化

common 類加載器是在 Bootstrap 的 initClassLoaders 初始化的,源碼如下:

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();
 }
 // 指定倉庫路徑配置文件前綴和父加載器,創(chuàng)建 ClassLoader 實例
 catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
 sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
 } catch (Throwable t) {
 log.error("Class loader creation threw exception", t);
 System.exit(1);
 }
}

可以看到分別創(chuàng)建了三個類加載器,createClassLoader 就是根據(jù)配置獲取資源倉庫地址,最后返回一個 StandardClassLoader 實例,核心代碼如下:

private ClassLoader createClassLoader(String name, ClassLoader parent)
 throws Exception {

 String value = CatalinaProperties.getProperty(name + ".loader");
 if ((value == null) || (value.equals("")))
  return parent; // 如果沒有配置,則返回傳入的父加載器
 ArrayList repositoryLocations = new ArrayList();
 ArrayList repositoryTypes = new ArrayList();
 ...
 // 獲取資源倉庫路徑
 String[] locations = (String[]) repositoryLocations.toArray(new String[0]);
 Integer[] types = (Integer[]) repositoryTypes.toArray(new Integer[0]);
 // 創(chuàng)建一個 StandardClassLoader 對象
 ClassLoader classLoader = ClassLoaderFactory.createClassLoader
   (locations, types, parent);
 ...
 return classLoader;
}

類加載器初始化完畢后,會創(chuàng)建一個 Catalina 對象,最終會調(diào)用它的 load 方法,解析 server.xml 初始化容器內(nèi)部組件。那么容器,比如 Engine,又是怎么關(guān)聯(lián)到這個設(shè)置的父加載器的呢?

Catalina 對象有一個 parentClassLoader 成員變量,它是所有組件的父加載器,默認是 AppClassLoader,在此對象創(chuàng)建完畢時,會反射調(diào)用它的 setParentClassLoader 方法,將父加載器設(shè)為 sharedLoader。

而 Tomcat 內(nèi)部頂級容器 Engine 在初始化時,Digester 有一個 SetParentClassLoaderRule 規(guī)則,會將 Catalina 的 parentClassLoader 通過 Engine.setParentClassLoader 方法關(guān)聯(lián)起來。

4. 如何打破雙親委托機制

答案是使用 Thread.getContextClassLoader() - 當前線程的上下文加載器,該加載器可通過 Thread.setContextClassLoader() 在代碼運行時動態(tài)設(shè)置。

默認情況下,Thread 上下文加載器繼承自父線程,也就是說所有線程默認上下文加載器都與第一個啟動的線程相同,也就是 main 線程,它的上下文加載器是 AppClassLoader。

Tomcat 就是在 StandardContext 啟動時首先初始化一個 WebappClassLoader 然后設(shè)置為當前線程的上下文加載器,最后將其封裝為 Loader 對象,借助容器之間的父子關(guān)系,在加載 Servlet 類時使用。

5. Web 應(yīng)用的類加載

Web 應(yīng)用的類加載是由 WebappClassLoader 的方法 loadClass(String, boolean) 完成,核心代碼如下:

在防止覆蓋 J2SE

public synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)
 throws ClassNotFoundException {
 ...
 Class clazz = null;
 // (0) 檢查自身內(nèi)部緩存中是否已經(jīng)加載
 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 JVM 的緩存中是否已經(jīng)加載
 clazz = findLoadedClass(name);
 if (clazz != null) {
 if (log.isDebugEnabled())
  log.debug(" Returning class from cache");
 if (resolve) resolveClass(clazz);
 return (clazz);
 }
 // (0.2) 嘗試使用系統(tǒng)類加載加載,防止覆蓋 J2SE 類
 try {
 clazz = system.loadClass(name);
 if (clazz != null) {
  if (resolve) resolveClass(clazz);
  return (clazz);
 }
 } catch (ClassNotFoundException e) {// Ignore}
 // (0.5) 使用 SecurityManager 檢查是否有此類的訪問權(quán)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) 是否委托給父類,這里默認為 false
 if (delegateLoad) {
  ...
 }
 // (2) 嘗試查找自己的存儲庫并加載
 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) 如果此時還加載失敗,那么將加載請求委托給父加載器
 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) {}
 }
 // 最后加載失敗,拋出異常
 throw new ClassNotFoundException(name);
}

在防止覆蓋 J2SE 類的時候,版本 Tomcat 6,使用的是 AppClassLoader,rt.jar 核心類庫是由 Bootstrap Classloader 加載的,但是在 Java 代碼是獲取不了這個加載器的,在高版本做了以下優(yōu)化:
ClassLoader j = String.class.getClassLoader();
if (j == null) {
 j = getSystemClassLoader();
 while (j.getParent() != null) {
 j = j.getParent();
 }
}
this.javaseClassLoader = j;

類的時候,版本 Tomcat 6,使用的是 AppClassLoader,rt.jar 核心類庫是由 Bootstrap Classloader 加載的,但是在 Java 代碼是獲取不了這個加載器的,在高版本做了以下優(yōu)化:

ClassLoader j = String.class.getClassLoader();
if (j == null) {
 j = getSystemClassLoader();
 while (j.getParent() != null) {
 j = j.getParent();
 }
}
this.javaseClassLoader = j;

也就是使用盡可能接近 Bootstrap 加載器的類加載器。

6. 小結(jié)

相信大部分人都遇到過 ClassNotFoundException 這個異常,這背后就涉及到了類加載器,對加載的原理有一定的了解,有助于排查問題。

以上所述是小編給大家介紹的Tomcat 類加載器的實現(xiàn)方法及實例代碼,希望對大家有所幫助,如果大家有任何疑問請給我留言,小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持!
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