tomcat 学习 |tomcat 中的类加载器

开头说两句

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学习背景

上期我们聊到了 tomcat 中各个组件在默认值,在其中,我们看到了有关类加载器的代码, 如 context 中初始化 wabAppLoader
https://www.lixiang.red/articles/2019/08/09/1565361802994.html
今天我们一起学习类加载器相关知识

java 里面的类加载器

我们在写 java 代码时,源文件是 *.java , 然后经过编译之后,会变成 .class 文件,类加载器加载的,实际上就是.class 文件, 在实际开发中,我们会把相关的 .class 文件,打成一个 jar 包, 然后直接加载 jar 包就可以了.
类加载器就是用来加载这些类到虚拟机里,供程序调用

Bootstrap Class Loader

用来加载 JVM 提供的基础运行类,即位于 %JAVA_HOME%jre/lib 这个目录下面的核心类库

Extension Class Loader

java 提供的一个标准备的扩展机制,用于加载除核心类库外的 jar 包.默认的扩展目录是 %JAVA_HOME%/jar/lib/ext

该目录下的类库,对所有基于该 JVM 运行的程序都是可见的

System class loader

用于加载环境变量 CLASSPATH 指定目录下的或者是用 -classpath 运行参数指定的 jar 包.

System Class Loader 通常用于加载应用程序 jar 包及其启动入口类(Tomcat Bootstrap 类就是由 System Class Loader 来加载的)

类加载器的双亲委派模式

上面三种类加载器,实际上是有父子关系,Bootstrap 是 Extension 的父加载器, Extension 是 System 的父加载器
当 System ClassLoader 拿到一个 class 文件之后, 会先问父加载器(Extension Class Loader)能不能加载,当(Extension )接收到请求时,会先问问他的父加载器(BootStrap 类加载器能不能加载). 如果 Bootstrap 可以加载,则由 Bootstrap 来加载,如不能,则由 Extension 来加载. 如果 Extension 也加载不了的话,最后由 System 类加载器来加载.

tomcat 中的类加载器

总共有四种类加载器: Common Class Loader, Catalina Class Loader , Shared Class Loader, Web AppClass Loader.
tomcat 中各个类加载器初始化,声明的地方

/**
     * 初始化tomcat中的三大类加载器
     */
    private void initClassLoaders() {
        try {
            // CommonLoader 默认继承AppClassLoader
            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();
            }
            // 以CommonLoader 为父加载器
            catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
            // 以CommonLoader 为父加载器
            sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
        } catch (Throwable t) {
            handleThrowable(t);
            log.error("Class loader creation threw exception", t);
            System.exit(1);
        }
    }

Common Class loader

以 System Class Loader 为父类加载器, 是位于 Tomcat 应用服务器顶层的公用类加载器,默认是加载 $CATALINE_HOME/lib 下的 jar 包

Catalina Class Loader

以 Common Class Loader 为父加载器.用于加载 Tomcat 应用服务器本身的.可以在下图中看到使用的位置
1.设置当前线程的类加载器为 Catalina Class Loader , 在没设置之前,是由 shell 脚本用 System Class Loader 来加载的
2. 用 Catalina Class Loader 加载 Catalina.class 这个文件,并完成一系统组件的初始化

shared Class Loader

以 Common 为父加载器,是所有 web 应用的父加载器
使用位置如下:

/**
     * Set the shared extensions class loader.
     *
     * @param parentClassLoader The shared extensions class loader.
     */
    public void setParentClassLoader(ClassLoader parentClassLoader) {
        this.parentClassLoader = parentClassLoader;
    }

在源码中声明 parentClassLoader 时有一个小坑,他默认是声明的加载 Catalina 的类载器即:Catalina Class Loader,但实际上,在实例化后,我们会用反射调用其 setParentClassLoader 方法,将 parentClassLoader 更改为 shared Class Loader

// XXX Should be moved to embedded
    /**
     * The shared extensions class loader for this server.
     */
    protected ClassLoader parentClassLoader =
        Catalina.class.getClassLoader();

使用地点:

WebApp Class Loader

初始化的地点有两处:
1.createStartDigester 中

digester.addObjectCreate(prefix + "Context/Loader",
                            "org.apache.catalina.loader.WebappLoader",
                            "className");

2. StandardContext.startInternal 方法中

if (getLoader() == null) {
            WebappLoader webappLoader = new WebappLoader(getParentClassLoader());
            webappLoader.setDelegate(getDelegate());
            setLoader(webappLoader);
        }

其作用是,每个独立的 Context(web 应用)都使用独立的 ClassLoader,加载我们 web 应用中,WEB-INFO/libs 这个目录下的 jar(如我们在应用中引用的 spring , mybatis 这些包)
这个做的好处是,不同的 web 应用包不会冲突,如 A 应用用的是 spring 4.X , B 应用用的是 spring 5.X , 他们可以在同一个 tomcat 中运行

最后说两句

tomcat 的类加载机制, 是开始的一个比较复杂的点,需要好好理一理,边看代码边做笔记,这个类加载器什么时候初始化的,做了什么,然后在哪里使用的. 大家在学习过种中,有什么问题,可以和小刀一起交流讨论: best396975802