tomcat 内部定义了多个 classloader，以便应用和容器访问不同存储库中的类和资源，同时达到应用间类隔离的目的。
1. java 类加载机制
类加载就是把编译生成的 class 文件，加载到 jvm 内存中（永久代/元空间）。
类加载器之所以能实现类隔离，是因为两个类相等的前提是它们由同一个类加载器加载，否则必定不相等。
jvm 在加载时，采用的是一种双亲委托机制，当类加载器要加载一个类时，加载顺序是：
首先将请求委托给父加载器，如果父加载器找不到要加载的类然后再查找自己的存储库尝试加载
这个机制的好处就是能够保证核心类库不被覆盖。
而按照 servlet 规范的建议，webapp 加载器略有不同，它首先会在自己的资源库中搜索，而不是向上委托，打破了标准的委托机制，来看下 tomcat 的设计和实现。
2. tomcat 类加载器设计
tomcat 整体类加载器结构如下：
其中 jdk 内部提供的类加载器分别是：
bootstrap - 启动类加载器，属于 jvm 的一部分，加载 <java_home>/lib/ 目录下特定的文件extension - 扩展类加载器，加载 <java_home>/lib/ext/ 目录下的类库application - 应用程序类加载器，也叫系统类加载器，加载 classpath 指定的类库
tomcat 自定义实现的类加载器分别是：
common - 父加载器是 appclassloader，默认加载 ${catalina.home}/lib/ 目录下的类库catalina - 父加载器是 common 类加载器，加载 catalina.properties 配置文件中 server.loader 配置的资源，一般是 tomcat 内部使用的资源shared - 父加载器是 common 类加载器，加载 catalina.properties 配置文件中 shared.loader 配置的资源，一般是所有 web 应用共享的资源webappx - 父加载器是 shared 加载器，加载 /web-inf/classes 的 class 和 /web-inf/lib/ 中的 jar 包jasperloader - 父加载器是 webapp 加载器，加载 work 目录应用编译 jsp 生成的 class 文件
在实现时，上图不是继承关系，而是通过组合体现父子关系。tomcat 类加载器的源码类图：
common、catalina 、shared 它们都是 standardclassloader 的实例，在默认情况下，它们引用的是同一个对象。其中 standardclassloader 与 urlclassloader 没有区别；webappclassloader 则按规范实现以下顺序的查找并加载：
从 jvm 内部的 bootstrap 仓库加载从应用程序加载器路径，即 classpath 下加载从 web 程序内的 /web-inf/classes 目录从 web 程序内的 /web-inf/lib 中的 jar 文件从容器 common 加载器仓库，即所有 web 程序共享的资源加载
接下来看下源码实现。
3. 自定义加载器的初始化
common 类加载器是在 bootstrap 的 initclassloaders 初始化的，源码如下：
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private void initclassloaders() {
try {
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();
}
// 指定仓库路径配置文件前缀和父加载器，创建 classloader 实例
catalinaloader = createclassloader("server", commonloader);
sharedloader = createclassloader("shared", commonloader);
} catch (throwable t) {
log.error("class loader creation threw exception", t);
system.exit(1);
}
}
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可以看到分别创建了三个类加载器，createclassloader 就是根据配置获取资源仓库地址，最后返回一个 standardclassloader 实例，核心代码如下:
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private classloader createclassloader(string name, classloader parent)
throws exception {
string value = catalinaproperties.getproperty(name + ".loader");
if ((value == null) || (value.equals("")))
return parent; // 如果没有配置，则返回传入的父加载器
arraylist repositorylocations = new arraylist();
arraylist repositorytypes = new arraylist();
...
// 获取资源仓库路径
string[] locations = (string[]) repositorylocations.toarray(new string[0]);
integer[] types = (integer[]) repositorytypes.toarray(new integer[0]);
// 创建一个 standardclassloader 对象
classloader classloader = classloaderfactory.createclassloader
(locations, types, parent);
...
return classloader;
}
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类加载器初始化完毕后，会创建一个 catalina 对象，最终会调用它的 load 方法，解析 server.xml 初始化容器内部组件。那么容器，比如 engine，又是怎么关联到这个设置的父加载器的呢？
catalina 对象有一个 parentclassloader 成员变量，它是所有组件的父加载器，默认是 appclassloader，在此对象创建完毕时，会反射调用它的 setparentclassloader 方法，将父加载器设为 sharedloader。
而 tomcat 内部*容器 engine 在初始化时，digester 有一个 setparentclassloaderrule 规则，会将 catalina 的 parentclassloader 通过 engine.setparentclassloader 方法关联起来。
4. 如何打破双亲委托机制
答案是使用 thread.getcontextclassloader() - 当前线程的上下文加载器，该加载器可通过 thread.setcontextclassloader() 在代码运行时动态设置。
默认情况下，thread 上下文加载器继承自父线程，也就是说所有线程默认上下文加载器都与第一个启动的线程相同，也就是 main 线程，它的上下文加载器是 appclassloader。
tomcat 就是在 standardcontext 启动时首先初始化一个 webappclassloader 然后设置为当前线程的上下文加载器，最后将其封装为 loader 对象，借助容器之间的父子关系，在加载 servlet 类时使用。
5. web 应用的类加载
web 应用的类加载是由 webappclassloader 的方法 loadclass(string, boolean) 完成，核心代码如下：
在防止覆盖 j2se
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public synchronized class loadclass(string name, boolean resolve)
throws classnotfoundexception {
...
class clazz = null;
// (0) 检查自身内部缓存中是否已经加载
clazz = findloadedclass0(name);
if (clazz != null) {
if (log.isdebugenabled())
log.debug(" returning class from cache");
if (resolve) resolveclass(clazz);
return (clazz);
}
// (0.1) 检查 jvm 的缓存中是否已经加载
clazz = findloadedclass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isdebugenabled())
log.debug(" returning class from cache");
if (resolve) resolveclass(clazz);
return (clazz);
}
// (0.2) 尝试使用系统类加载加载，防止覆盖 j2se 类
try {
clazz = system.loadclass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve) resolveclass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (classnotfoundexception e) {// ignore}
// (0.5) 使用 securitymanager 检查是否有此类的访问权限
if (securitymanager != null) {
int i = name.lastindexof('.');
if (i >= 0) {
try {
securitymanager.checkpackageaccess(name.substring(0,i));
} catch (securityexception se) {
string error = "security violation, attempt to use " +
"restricted class: " + name;
log.info(error, se);
throw new classnotfoundexception(error, se);
}
}
}
boolean delegateload = delegate || filter(name);
// (1) 是否委托给父类，这里默认为 false
if (delegateload) {
...
}
// (2) 尝试查找自己的存储库并加载
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) {}
// (3) 如果此时还加载失败，那么将加载请求委托给父加载器
if (!delegateload) {
if (log.isdebugenabled())
log.debug(" delegating to parent classloader at end: " + parent);
classloader loader = parent;
if (loader == null)
loader = system;
try {
clazz = loader.loadclass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isdebugenabled())
log.debug(" loading class from parent");
if (resolve) resolveclass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (classnotfoundexception e) {}
}
// 最后加载失败，抛出异常
throw new classnotfoundexception(name);
}
在防止覆盖 j2se 类的时候，版本 tomcat 6，使用的是 appclassloader，rt.jar 核心类库是由 bootstrap classloader 加载的，但是在 java 代码是获取不了这个加载器的，在高版本做了以下优化：
classloader j = string.class.getclassloader();
if (j == null) {
j = getsystemclassloader();
while (j.getparent() != null) {
j = j.getparent();
}
}
this.javaseclassloader = j;
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类的时候，版本 tomcat 6，使用的是 appclassloader，rt.jar 核心类库是由 bootstrap classloader 加载的，但是在 java 代码是获取不了这个加载器的，在高版本做了以下优化：
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classloader j = string.class.getclassloader();
if (j == null) {
j = getsystemclassloader();
while (j.getparent() != null) {
j = j.getparent();
}
}
this.javaseclassloader = j;
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也就是使用尽可能接近 bootstrap 加载器的类加载器。
6. 小结
相信大部分人都遇到过 classnotfoundexception 这个异常，这背后就涉及到了类加载器，对加载的原理有一定的了解，有助于排查问题。
以上所述是小编给大家介绍的tomcat 类加载器的实现方法及实例代码,希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对服务器之家网站的支持！
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