Tomcat WebappClassloader 原理分析--下篇

上篇分析了Tomcat的WebappClassloader是怎么来的,以及怎么用来加载我们自定义的class的,现在我们开始分析具体是怎么加载。

WebappClassloader 继承jdk的URLClassLoader,重写了两个基本方法,loadClass方法和findClass方法,loadClass决定了加载顺序,findClass方法决定tomcat去哪里找class,下面先看loadClass方法,是打破了双亲委派模型的关键。

 public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    //加锁,保证一个class同时只要一个线程在加载。
    synchronized (JreCompat.isGraalAvailable() ? this : getClassLoadingLock(name)) {
        if (log.isDebugEnabled())
            log.debug("loadClass(" + name + ", " + resolve + ")");
        Class<?> clazz = null;

        // Log access to stopped class loader

        checkStateForClassLoading(name);

        //第一步: 先检查是否已经加载,加载过则不再加载,直接返回缓存的对象,
        //这里的缓存是tomcat自己的缓存,缓存的是我们自己实现的class
        // (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 cache2
        //第二步: 从系统类加载器的cache的查找,看系统加载器是否加载过。
        clazz = JreCompat.isGraalAvailable() ? null : 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 Java SE classes. This implements
        //       SRV.10.7.2
        String resourceName = binaryNameToPath(name, false);
        //第三步: 如果tomcat和系统都没有加载过,则用ExtClassLoader加载,这里为啥不直接用系统类加载呢?
        ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader();
        boolean tryLoadingFromJavaseLoader;
        try {
            // Use getResource as it won't trigger an expensive
            // ClassNotFoundException if the resource is not available from
            // the Java SE class loader. However (see
            // https://bz.apache.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=58125 for
            // details) when running under a security manager in rare cases
            // this call may trigger a ClassCircularityError.
            // See https://bz.apache.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=61424 for
            // details of how this may trigger a StackOverflowError
            // Given these reported errors, catch Throwable to ensure any
            // other edge cases are also caught
            URL url;
            if (securityManager != null) {
                PrivilegedAction<URL> dp = new PrivilegedJavaseGetResource(resourceName);
                url = AccessController.doPrivileged(dp);
            } else {
                url = javaseLoader.getResource(resourceName);
            }
            tryLoadingFromJavaseLoader = (url != null);
        } catch (Throwable t) {
            // Swallow all exceptions apart from those that must be re-thrown
            ExceptionUtils.handleThrowable(t);
            // The getResource() trick won't work for this class. We have to
            // try loading it directly and accept that we might get a
            // ClassNotFoundException.
            tryLoadingFromJavaseLoader = true;
        }

        if (tryLoadingFromJavaseLoader) {
            try {
                clazz = javaseLoader.loadClass(name);
                if (clazz != null) {
                    if (resolve)
                        resolveClass(clazz);
                    return clazz;
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // Ignore
            }
        }

        //4
        .
        .

        boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true);
        // 这里是坚持要加载的class是否是tomcat下面的一些类
        // (1) Delegate to our parent if requested
        if (delegateLoad) {
            if (log.isDebugEnabled())
                log.debug("  Delegating to parent classloader1 " + parent);
            try {
                clazz = Class.forName(name, false, parent);
                if (clazz != null) {
                    if (log.isDebugEnabled())
                        log.debug("  Loading class from parent");
                    if (resolve)
                        resolveClass(clazz);
                    return clazz;
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // Ignore
            }
        }

        // (2) Search local repositories
        //第五步: 尝试从本地目录加载即Class即我们自己实现的类和依赖的第三方的jar
        if (log.isDebugEnabled())
            log.debug("  Searching local repositories");
        try {
            //这里就是tomcat查找class的地方
            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) {
            // Ignore
        }

        // (3) Delegate to parent unconditionally
        //第六步: 加载Class path 目录下的类
        if (!delegateLoad) {
            if (log.isDebugEnabled())
                log.debug("  Delegating to parent classloader at end: " + parent);
            try {
                //加载Class path 目录下的类
                clazz = Class.forName(name, false, parent);
                if (clazz != null) {
                    if (log.isDebugEnabled())
                        log.debug("  Loading class from parent");
                    if (resolve)
                        resolveClass(clazz);
                    return clazz;
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // Ignore
            }
        }
    }

    throw new ClassNotFoundException(name);
}

tomcat 的WebappClassloader加载规则很复杂,关键是第三步,如果缓存都没有,则说明是第一次加载,而第一次是用ExtClassLoader加载的,即jdk自己的类,这是为了防止我们自己实现的类覆盖了jdk官方的类,如果直接用系统类加载器Appclassload的话,那就不是我们web/classes目录下的类优先加载了,就达不到多个应用隔离的目的,只有用ExtClassLoader即解决了类安全的问题,又能不加载classpath下面的类

如果是我们自己实现的类,比如我们写的servlet,就需要通过第四步来加载,如果在我们自定义的class目前下也找不到,这时就从classpath
下面加载。

下面我们看findClass的实现,我们知道我们的class除来我们自己写的代码在Web/classes目录下,我们还要依赖很多第三方的jar,这些jar包在Web/lib目录下,那tomcat是先加载那个呢,请接着往下看

类的缓存集合

tomcat 把本地的资源分为几类,有一个list在决定了他们的访问顺序

  • mainResources 是Web/class 目录下的class的位置,只是路径
  • classResources 是Web/lib 目录下的jar包路径缓存的资源
  • jarResources /WEB-INF/classes/META-INF/resources 这个目录下的jar

各个位置的资源添加到allResources的顺序为:

    allResources.add(preResources);
    allResources.add(mainResources);
    allResources.add(classResources);
    allResources.add(jarResources);
    allResources.add(postResources);

tomcat从自己本地加载class时,按顺序迭代allResources的resources
因为Web/classes 目录下的class在web/lib这个目录的前面,则tomcat会优先加载Web/classes的class,这也是我们能重写jar报里的代码的原因。

总结

  • 1 先从本地cache加载,注意只要本地的class才会缓存在这里
  • 2 本地缓存没有,则从ExtClassLoad的缓存里加载,jdk的jre目录
  • 3 则从ExtClassLoad的缓存里加载
  • 4 从本地web目录下的WEB-INF/classes加载
  • 5 从本地web目录下的WEB-INF/lib加载
  • 6 从本地web目录下的/WEB-INF/classes/META-INF/resources加载
  • 7 从classpath下加载
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