Tomcat 双亲委托机制 浅谈Tomcat怎样打破双亲委托机制
JavaEdge. 人气:0我们经常会遇到ClassNotFound异常，表明JVM在尝试加载某类时失败了。
要解决这个异常，你得知道
- 什么是类加载
- JVM如何加载类
- 为什么会出现ClassNotFound
想想Tomcat又是如何加载和管理Web应用下的Servlet呢？
Tomcat正是通过Context组件来加载管理Web应用的，所以今天我会详细分析Tomcat的类加载机制。但在这之前，我们有必要预习一下JVM的类加载机制，我会先回答一下一开始抛出来的问题，接着再谈谈Tomcat的类加载器如何打破Java的双亲委托机制。
JVM的类加载器
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堆建立一个java.lang.Class对象实例，封装Java类相关的数据和方法。
Class对象是什么？
可以理解成业务类的模板，JVM根据该模板创建具体业务类对象实例。
JVM并非在启动时就把所有 .class 文件都加载一遍，而是程序在运行过程中用到该类才去加载。
JVM类加载由类加载器完成，JDK提供一个抽象类ClassLoader：
public abstract class ClassLoader {
// 每个类加载器都有个父加载器
private final ClassLoader parent;
public Class<?> loadClass(String name) {
// 查找该类是否被加载过
Class<?> c = findLoadedClass(name);
// 若未被加载过
if( c == null ){
// 【递归】委托给父加载器加载
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name);
} else {
// 若父加载器为空，查找Bootstrap加载器是否加载过了
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
}
// 若父加载器未加载成功，调用自己的findClass去加载
if (c == null) {
c = findClass(name);
}
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一个Class对象，用native方法实现
protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len){
...
}
}
JVM的类加载器是分层的父子关系，每个类加载器都持有一个parent字段指向父加载器。
- defineClass 工具方法：调用native方法把Java类的字节码解析成一个Class对象
- findClass 就是找到 .class 文件，可能来自文件系统或网络，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 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。
这是个递归调用，即子加载器持有父加载器引用，当一个类加载器需加载一个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。
JDK的类加载器工作原理是一样的，区别只是加载路径不同，即findClass查找的路径不同。
双亲委托机制是为保证一个Java类在JVM的唯一性。假如你手滑写个与JRE核心类同名类，比如Object，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。
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，不会去加载你的Object类。
类加载器的父子关系不是通过继承来实现的，比如AppClassLoader并非ExtClassLoader的子类，只是AppClassLoader的parent指向ExtClassLoader对象。
所以若自定义类加载器，不是去继承AppClassLoader，而是继承ClassLoader抽象类，再重写findClass和loadClass即可。
Tomcat就是通过自定义类加载器实现自己的类加载。
若你要打破双亲委托，也就只需重写loadClass，因为loadClass的默认实现就是双亲委托机制。
Tomcat的类加载器
Tomcat的自定义类加载器WebAppClassLoader打破了双亲委托机制：
首先自己尝试去加载某个类，如果找不到再委托给父类加载器，目的是优先加载Web应用自己定义的类。
只需重写ClassLoader的两个方法：
findClass
public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
...
Class<?> clazz = null;
try {
//1. 先在Web应用目录下查找类
clazz = findClassInternal(name);
} catch (RuntimeException e) {
throw e;
}
if (clazz == null) {
try {
//2. 如果在本地目录没有找到，交给父加载器去查找
clazz = super.findClass(name);
} catch (RuntimeException e) {
throw e;
}
//3. 如果父类也没找到，抛出ClassNotFoundException
if (clazz == null) {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
return clazz;
}
工作流程
- 先在Web应用本地目录下查找要加载的类
- 若未找到，交给父加载器查找，即AppClassLoader
- 若父加载器也没找到这个类，抛ClassNotFound
loadClass
public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
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 (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
//2. 从系统类加载器的cache中查找是否加载过
clazz = findLoadedClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
// 3. 尝试用ExtClassLoader类加载器类加载，为什么？
ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader();
try {
clazz = javaseLoader.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
// 4. 尝试在本地目录搜索class并加载
try {
clazz = findClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
// 5. 尝试用系统类加载器(也就是AppClassLoader)来加载
try {
clazz = Class.forName(name, false, parent);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
}
//6. 上述过程都加载失败，抛出异常
throw new ClassNotFoundException(name);
}
工作流程
- 先在本地Cache查找该类是否已加载过
- 即Tomcat的类加载器是否已经加载过这个类。
- 若Tomcat类加载器尚未加载过该类，再看看系统类加载器是否加载过
- 若都没有，就让ExtClassLoader加载，为防止Web应用自己的类覆盖JRE的核心类
- 因为Tomcat需打破双亲委托，假如Web应用里自定义了一个叫Object的类，若先加载该Object类，就会覆盖JRE的Object类，所以Tomcat类加载器优先尝试用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，避免覆盖JRE核心类。
- 若ExtClassLoader加载失败，即JRE无此类，则在本地Web应用目录下查找并加载
- 若本地目录下无此类，说明不是Web应用自己定义的类，那么由系统类加载器去加载。这里请你注意，Web应用是通过Class.forName调用交给系统类加载器的，因为Class.forName的默认加载器就是系统类加载器。
- 若上述加载过程都失败，抛ClassNotFound
可见 Tomcat 类加载器打破了双亲委托，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。
但为避免本地目录类覆盖JRE核心类，会先尝试用ExtClassLoader加载。
那为何不先用AppClassLoader加载？
若这样，就又变成双亲委托，这就是Tomcat类加载器的奥妙。
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