源码剖析Tomcat类的加载原理

目录Web应用程序类加载器（WebappClassLoader）JSP类加载器（JasperLoader）

众所周知，Java中默认的类加载器是以父子关系存在的，实现了双亲委派机制进行类的加载，在前文中，我们提到了，双亲委派机制的设计是为了保证类的唯一性，这意味着在同一个JVM中是不能加载相同类库的不同版本的类。

然而与许多服务器应用程序一样，Tomcat 允许容器的不同部分以及在容器上运行的不同Web应用程序可以访问的各种不同版本的类库，这就要求Tomcat必须打破这种双亲委派机制，通过实现自定义的类加载器（即实现了java.lang.ClassLoader）进行类的加载。下面，就让我们来看看Tomcat类加载原理是怎样的。

Tomcat中有两个最重要的类加载器，第一个便是负责Web应用程序类加载的WebappClassLoader，另一个便是JSP Servlet类加载器`JasperLoader。

Web应用程序类加载器（WebappClassLoader）

上代码：

public class WebappClassLoader extends WebappClassLoaderBase { public WebappClassLoader() { super(); } public WebappClassLoader(ClassLoader parent) { super(parent); } … }

我们来看看WebappClassLoader继承的WebappClassLoaderBase中实现的类加载方法loadClass

public abstract class WebappClassLoaderBase extends URLClassLoader implements Lifecycle, InstrumentableClassLoader, WebappProperties, PermissionCheck { //… 省略不需要关注的代码 protected WebappClassLoaderBase() { super(new URL[0]); // 获取当前WebappClassLoader的父加载器系统类加载器 ClassLoader p = getParent(); if (p == null) { p = getSystemClassLoader(); } this.parent = p; // javaseClassLoader变量经过以下代码的执行， // 得到的是扩展类加载器（ExtClassLoader） ClassLoader j = String.class.getClassLoader(); if (j == null) { j = getSystemClassLoader(); while (j.getParent() != null) { j = j.getParent(); } } this.javaseClassLoader = j; securityManager = System.getSecurityManager(); if (securityManager != null) { refreshPolicy(); } } //…省略不需要关注的代码 @Override public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug(“loadClass(” + name + “, ” + resolve + “)”); } Class<?> clazz = null; // Web应用程序停止状态时，不允许加载新的类 checkStateForClassLoading(name); // 如果之前加载过该类，就可以从Web应用程序类加载器本地类缓存中查找， // 如果找到说明WebappClassLoader之前已经加载过这个类 clazz = findLoadedClass0(name); if (clazz != null) { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug(” Returning class from cache”); } if (resolve) { resolveClass(clazz); } return clazz; } // Web应用程序本地类缓存中没有，可以从系统类加载器缓存中查找， // 如果找到说明AppClassLoader之前已经加载过这个类 clazz = findLoadedClass(name); if (clazz != null) { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug(” Returning class from cache”); } if (resolve) { resolveClass(clazz); } return clazz; } // 将类似java.lang.String这样的类名这样转换成java/lang/String // 这样的资源文件名 String resourceName = binaryNameToPath(name, false); // 获取引导类加载器（BootstrapClassLoader） ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader(); boolean tryLoadingFromJavaseLoader; try { // 引导类加载器根据转换后的类名获取资源url，如果url不为空，就说明找到要加载的类 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) { ExceptionUtils.handleThrowable(t); tryLoadingFromJavaseLoader = true; } // 首先，从扩展类加载器（ExtClassLoader）加载，防止Java核心API库被Web应用程序类随意篡改 if (tryLoadingFromJavaseLoader) { try { clazz = javaseLoader.loadClass(name); if (clazz != null) { if (resolve) { resolveClass(clazz); } return clazz; } } catch (ClassNotFoundException e) { // Ignore } } // 当使用安全管理器时，允许访问这个类 if (securityManager != null) { int i = name.lastIndexOf(.); if (i >= 0) { try { securityManager.checkPackageAccess(name.substring(0,i)); } catch (SecurityException se) { String error = sm.getString(“webappClassLoader.restrictedPackage”, name); log.info(error, se); throw new ClassNotFoundException(error, se); } } } /* * 如果Web应用程序类加载器配置为，<Loader delegate=”true”/> 或者满足下列条件的类： * 当前类属于以下这些jar包中： * annotations-api.jar — Common Annotations 1.2 类。 * catalina.jar — Tomcat 的 Catalina servlet 容器部分的实现。 * catalina-ant.jar — 可选。用于使用 Manager Web 应用程序的 Tomcat Catalina Ant 任务。 * catalina-ha.jar — 可选。提供基于 Tribes 构建的会话集群功能的高可用性包。 * catalina-storeconfig.jar — 可选。从当前状态生成 XML 配置文件。 * catalina-tribes.jar — 可选。高可用性包使用的组通信包。 * ecj-*.jar — 可选。Eclipse JDT Java 编译器用于将 JSP 编译为 Servlet。 * el-api.jar — 可选。EL 3.0 API。 * jasper.jar — 可选。Tomcat Jasper JSP 编译器和运行时。 * jasper-el.jar — 可选。Tomcat EL 实现。 * jaspic-api.jar — JASPIC 1.1 API。 * jsp-api.jar — 可选。JSP 2.3 API。 * servlet-api.jar — Java Servlet 3.1 API。 * tomcat-api.jar — Tomcat 定义的几个接口。 * tomcat-coyote.jar — Tomcat 连接器和实用程序类。 * tomcat-dbcp.jar — 可选。基于 Apache Commons Pool 2 和 Apache Commons DBCP 2 的 * 包重命名副本的数据库连接池实现。 * tomcat-i18n-**.jar — 包含其他语言资源包的可选 JAR。由于默认包也包含在每个单独的JAR * 中，如果不需要消息国际化，可以安全地删除它们。 * tomcat-jdbc.jar — 可选。另一种数据库连接池实现，称为 Tomcat JDBC 池。有关详细信息，请参阅 文档。 * tomcat-jni.jar — 提供与 Tomcat Native 库的集成。 * tomcat-util.jar — Apache Tomcat 的各种组件使用的通用类。 * tomcat-util-scan.jar — 提供 Tomcat 使用的类扫描功能。 * tomcat-websocket.jar — 可选。Java WebSocket 1.1 实现 * websocket-api.jar — 可选。Java WebSocket 1.1 API * * 此处的filter方法，实际上tomcat官方将filter类加载过滤条件，看作是一种类加载器， * 将其取名为CommonClassLoader */ boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true); // 如果ExtClassLoader没有获取到，说明是非JRE核心类，那么就从系统类加载器（也称AppClassLoader // 应用程序类加载器）加载 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 } } // 从Web应用程序的类加载器（也就是WebappClassLoader)中加载类。Web应用程序的类加载器是 // 一个特殊的类加载器，它负责从Web应用程序的本地库中加载类 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) { // Ignore } // 经过上面几个步骤还未加载到类，则采用系统类加载器（也称应用程序类加载器）进行加载 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 } } } // 最终，还未加载到类，报类未找到的异常 throw new ClassNotFoundException(name); } //…省略不需要关注的代码 }

综上所述，我们得出WebappClassLoader类加载器打破了双亲委派机制，自定义类加载类的顺序：

扩展类加载器（ExtClassLoader）加载Web应用程序类加载器（WebappClassLoader）系统类加载器类（AppClassLoader）公共类加载器类（CommonClassLoader）

如果Web应用程序类加载器配置为，，也就是WebappClassLoaderBase类的变量delegate=true时，则类加载顺序变为：

扩展类加载器（ExtClassLoader）加载系统类加载器类（AppClassLoader）公共类加载器类（CommonClassLoader）Web应用程序类加载器（WebappClassLoader）

JSP类加载器（JasperLoader）

上代码：

public class JasperLoader extends URLClassLoader { private final PermissionCollection permissionCollection; private final SecurityManager securityManager; // JSP类加载器的父加载器是Web应用程序类加载器（WebappClassLoader） public JasperLoader(URL[] urls, ClassLoader parent, PermissionCollection permissionCollection) { super(urls, parent); this.permissionCollection = permissionCollection; this.securityManager = System.getSecurityManager(); } @Override public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { return loadClass(name, false); } @Override public synchronized Class<?> loadClass(final String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { Class<?> clazz = null; // 从JVM的类缓存中查找 clazz = findLoadedClass(name); if (clazz != null) { if (resolve) { resolveClass(clazz); } return clazz; } // 当使用SecurityManager安全管理器时，允许访问访类 if (securityManager != null) { int dot = name.lastIndexOf(.); if (dot >= 0) { try { // Do not call the security manager since by default, we grant that package. if (!”org.apache.jasper.runtime”.equalsIgnoreCase(name.substring(0,dot))){ securityManager.checkPackageAccess(name.substring(0,dot)); } } catch (SecurityException se) { String error = “Security Violation, attempt to use ” + “Restricted Class: ” + name; se.printStackTrace(); throw new ClassNotFoundException(error); } } } // 如果类名不是以org.apache.jsp包名开头的，则采用WebappClassLoader加载 if( !name.startsWith(Constants.JSP_PACKAGE_NAME + .) ) { // Class is not in org.apache.jsp, therefore, have our // parent load it clazz = getParent().loadClass(name); if( resolve ) { resolveClass(clazz); } return clazz; } // 如果是org.apache.jsp包名开头JSP类，就调用父类URLClassLoader的findClass方法 // 动态加载类文件，解析成Class类，返回给调用方 return findClass(name); } }

下面是URLClassLoader的findClass方法，具体实现：

protected Class<?> findClass(final String name) throws ClassNotFoundException { final Class<?> result; try { result = AccessController.doPrivileged( new PrivilegedExceptionAction<Class<?>>() { public Class<?> run() throws ClassNotFoundException { String path = name.replace(., /).concat(“.class”); Resource res = ucp.getResource(path, false); if (res != null) { try { // 解析类的字节码文件生成Class类对象 return defineClass(name, res); } catch (IOException e) { throw new ClassNotFoundException(name, e); } } else { return null; } } }, acc); } catch (java.security.PrivilegedActionException pae) { throw (ClassNotFoundException) pae.getException(); } if (result == null) { throw new ClassNotFoundException(name); } return result; }

从源码中我们可以看到，JSP类加载原理是，先从JVM类缓存中（也就是Bootstrap类加载器加载的类）加载，如果不是核心类库的类，就从Web应用程序类加载器WebappClassLoader中加载，如果还未找到，就说明是jsp类，则通过动态解析jsp类文件获得要加载的类。

经过上面两个Tomcat核心类加载器的剖析，我们也就知道了Tomcat类的加载原理了。

下面我们来总结一下：Tomcat会为每个Web应用程序创建一个WebappClassLoader类加载器进行类的加载，不同的类加载器实例加载的类是会被认为是不同的类，即使它们的类名相同，这样的话就可以实现在同一个JVM下，允许Tomcat容器的不同部分以及在容器上运行的不同Web应用程序可以访问的各种不同版本的类库。

针对JSP类，会由专门的JSP类加载器（JasperLoader）进行加载，该加载器会针对JSP类在每次加载时都会解析类文件，Tomcat容器会启动一个后台线程，定时检测JSP类文件的变化，及时更新类文件，这样就实现JSP文件的热加载功能。

以上就是源码剖析Tomcat类的加载原理的详细内容，更多关于Tomcat类加载的资料请关注其它相关文章！