概述
Java的类加载，就是把字节码格式“.class”文件加载到JVM的方法区，并在JVM的堆区建立一个java.lang.Class对象的实例，用来封装Java类相关的数据和方法。都知道Tomcat打破了Java的双亲委托机制，本节就来对比下JVM类加载器和Tomcat类加载器；
一、JVM类加载器
JVM类加载器.png
-
BootstrapClassLoader是启动类加载器，由C语言实现，用来加载JVM启动时所需要的核心类，比如rt.jar、resources.jar等。 -
ExtClassLoader是扩展类加载器，用来加载\jre\lib\ext目录下JAR包。 -
AppClassLoader是系统类加载器，用来加载classpath下的类，应用程序默认用它来加载类。 -
CustomClassLoader自定义类加载器，用来加载自定义路径下的类。
这些类加载器的工作原理是一样的，区别是它们的加载路径不同，也就是说findClass查找的路径不同。双亲委托机制是为了保证一个Java类在JVM中是唯一的，假如你不小心写了一个与JRE核心类同名的类，比如Object类，双亲委托机制能保证加载的是JRE里的那个Object类，而不是你写的Object类。这是因为AppClassLoader在加载你的Object类时，会委托给ExtClassLoader去加载，而ExtClassLoader又会委托给BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader发现自己已经加载过了Object类，会直接返回，不会去加载你写的Object类。
public abstract class ClassLoader {
//每个类加载器都有个⽗加载器
private final ClassLoader parent;
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 查找下这个类是不是已经加载过了
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
// 父加载器不为空，先委托给父加载器去加载，注意这是个递归调用
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
// 如果父加载器为空，查找Bootstrap加载器是不是加载过了
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
if (c == null) {
// 如果父加载器没加载成功，调用自己的findClass去加载
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
protected Class<?> findClass(String name){
//1. 根据传入的类名name，到在特定目录下去寻找类文件，把.class⽂件读入内存
...
//2. 调⽤defineClass将字节数组转成Class对象
return defineClass(buf, off, len)；
}
// 将字节码数组解析成Class对象，native法实现
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,
ProtectionDomain protectionDomain)
throws ClassFormatError
{
......
}
}
- JVM的类加载器是分层次的，它们有父子关系，每个类加载器都持有一个parent字段，指向父加载器。
- defineClass是个工具方法，它的职责是调用native方法把Java类的字节码解析成一个Class对象，所谓的native方法就是由C语言实现的方法，Java通过JNI机制调用。
- findClass方法的主要职责就是找到“.class”文件，可能来自文件系统或者网络，找到后把“.class”文件读到内存得到字节码数组，然后调用defineClass方法得到Class对象。
- loadClass是个public方法，说明它才是对外提供服务的接口，具体实现也比较清晰：首先检查这个类是不是已经被加载过了，如果加载过了直接返回，否则交给父加载器去加载。请你注意，这是一个递归调用，也就是说子加载器持有父加载器的引用，当一个类加载器需要加载一个Java类时，会先委托父加载器去加载，然后父加载器在自己的加载路径中搜索Java类，当父加载器在自己的加载范围内找不到时，才会交还给子加载器加载，这就是双亲委托机制。
二、Tomcat类加载器
Tomcat类加载器.png
-
WebAppClassLoaderTomcat为给每个Web应用创建一个WebAppClassLoader类加载器。一个Context容器组件对应一个Web应用，因此，每个Context容器负责创建和维护一个WebAppClassLoader加载器实例。这背后的原理是，不同的加载器实例加载的类被认为是不同的类，即使它们的类名相同。这就相当于在Java虚拟机内部创建了一个个相互隔离的Java类空间，每一个Web应用都有自己的类空间，Web应用之间通过各自的类加载器互相隔离。
这个类加载器在StandardContext.startInternal()中被构造:
if (getLoader() == null) {
WebappLoader webappLoader = new WebappLoader(getParentClassLoader());
webappLoader.setDelegate(getDelegate());
setLoader(webappLoader);
}
-
SharedClassLoader作为WebAppClassLoader的父加载器，专门来加载Web应用之间共享的类。如果WebAppClassLoader自己没有加载到某个类，就会委托父加载器SharedClassLoader去加载这个类，SharedClassLoader会在指定目录下加载共享类，之后返回给WebAppClassLoader，这样共享的问题就解决了。 -
CatalinaClassloader专门来加载Tomcat自身的类。这样设计有个问题，那Tomcat和各Web应用之间需要共享一些类时该怎么办呢？ -
CommonClassLoader老办法，还是再增加一个CommonClassLoader，作为CatalinaClassloader和SharedClassLoader的父加载器。CommonClassLoader能加载的类都可以被CatalinaClassLoader和SharedClassLoader 使用，而CatalinaClassLoader和SharedClassLoader能加载的类则与对方相互隔离。WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离。
shared.loader和server.loader在catalina.properties中配置默认为空，而且通常我们一个Tomcat容器只部署一个应用，因此SharedClassLoader和CatalinaClassloader不会使用到；
关于Tomcat类加载器层次的维护代码在Bootstrap.initClassLoaders中，这里不做分析，下面分析下WebAppClassLoader是如何打破双亲委派的
public synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
Class<?> clazz = null;
// 1. 先在本地cache查找该类是否已经加载过
clazz = findLoadedClass0(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
// 2. 在本地缓存没有的情况下，调用ClassLoader的findLoadedClass方法查看jvm是否已经加载过此类，如果已经加载则直接返回
clazz = findLoadedClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
// 3. 通过系统的来加载器加载此类
ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader();
try {
clazz = javaseLoader.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
//4. 判断是否需要委托给父类加载器进行加载
boolean delegateLoad = delegate || filter(name);
// 5. false不执行
if (delegateLoad) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Delegating to parent classloader1 " + parent);
ClassLoader loader = parent;
if (loader == null)
loader = system;
try {
clazz = Class.forName(name, false, loader);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Loading class from parent");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
}
// 6. 在本地Web应用目录下查找并加载
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) {
// Ignore
}
// 7. 通过父类加载器去加载
if (!delegateLoad) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Delegating to parent classloader at end: " + 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
}
}
throw new ClassNotFoundException(name);
}
-
1.首先从当前ClassLoader的本地缓存中加载类，如果找到则返回。 -
2.在本地缓存没有的情况下，调用ClassLoader的findLoadedClass方法查看jvm是否已经加载过此类，如果已经加载则直接返回。 -
3.用ExtClassLoader去加载，这一步比较关键，目的防止Web应用自己的类覆盖JRE的核心类。因为Tomcat需要打破双亲委托机制，假如Web应用里自定义了一个叫Object的类，如果先加载这个Object类，就会覆盖JRE里面的那个Object类，这就是为什么Tomcat的类加载器会优先尝试用ExtClassLoader去加载，因为ExtClassLoader会委托给BootstrapClassLoader去加载，BootstrapClassLoader发现自己已经加载了Object类，直接返回给Tomcat的类加载器，这样Tomcat的类加载器就不会去加载Web应用下的Object类了，也就避免了覆盖JRE核心类的问题。 -
4.判断是否需要委托给父类加载器进行加载，delegate属性默认为false，那么delegatedLoad的值就取决于filter的返回值了，filter方法中根据包名来判断是否需要进行委托加载，默认情况下会返回false。因此delegatedLoad为false。 -
5.delegatedLoad为false，那么此时不会委托父加载器去加载； -
6.如果ExtClassLoader加载器加载失败，也就是说JRE核心类中没有这类，那么就在本地Web应用目录下查找并加载。 -
7.如果还是没有加载到类，并且不采用委托机制的话，则通过父类加载器去加载。
从上面的过程我们可以看到，Tomcat的类加载器打破了双亲委托机制，没有一上来就直接委托给父加载器，而是先在本地目录下加载，为了避免本地目录下的类覆盖JRE的核心类，先尝试用JVM扩展类加载器ExtClassLoader去加载。
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