Tomcat Catalina为什么不new出来原理解析

一、Catalina为什么不new出来?

掌握了Java的类加载器和双亲委派机制,现在我们就可以回答正题上来了,Tomcat的类加载器是怎么设计的?

1.Web容器的特性

Web容器有其自身的特殊性,所以在类加载器这块是不能完全使用JVM的类加载器的双亲委派机制的。在Web容器中我们应该要满足如下的特性:

隔离性

部署在同一个Web容器上的两个Web应用程序所使用的Java类库可以实现相互隔离。设想一下,两个Web应用,一个使用了Spring3.0,另一个使用了新的的5.0,应用服务器使用一个类加载器,Web应用将会因为jar包覆盖而无法启动。

灵活性:

Web应用之间的类加载器相互独立,那么就能针对一个Web应用进行重新部署,此时Web应用的类加载器会被重建,而且不会影响其他的Web应用。如果采用一个类加载器,类之间的依赖是杂乱复杂的,无法完全移出某个应用的类。

性能:

性能也是一个比较重要的点。部署在同一个Web容器上的两个Web应用程序所使用的Java类库可以互相共享。这个需求也很常见,例如,用户可能有10个使用Spring框架的应用程序部署在同一台服务器上,如果把10份Spring分别存放在各个应用程序的隔离目录中,将会是很大的资源浪费——这主要倒不是浪费磁盘空间的问题,而是指类库在使用时都要被加载到Web容器的内存,如果类库不能共享,虚拟机的方法区就会很容易出现过度膨胀的风险。

2.Tomcat类加载器结构

明白了Web容器的类加载器有多个,再来看tomcat的类加载器结构。

首先上张图,整体看下tomcat的类加载器:

可以看到在原先的java类加载器基础上,tomcat新增了几个类加载器,包括3个基础类加载器和每个Web应用的类加载器,其中3个基础类加载器可在conf/catalina.properties中配置,具体介绍下:

Common

以应用类加载器为父类,是tomcat顶层的公用类加载器,其路径由conf/catalina.properties中的common.loader指定,默认指向${catalina.base}/lib下的包。

Catalina

以Common类加载器为父类,是用于加载Tomcat应用服务器的类加载器,其路径由server.loader指定,默认为空,此时tomcat使用Common类加载器加载应用服务器。

Shared

以Common类加载器为父类,是所有Web应用的父类加载器,其路径由shared.loader指定,默认为空,此时tomcat使用Common类加载器作为Web应用的父加载器。

Web应用

以Shared类加载器为父类,加载/WEB-INF/classes目录下的未压缩的Class和资源文件以及/WEB-INF/lib目录下的jar包,该类加载器只对当前Web应用可见,对其他Web应用均不可见。

默认情况下,Common、Catalina、Shared类加载器是同一个,但可以配置3个不同的类加载器,使他们各司其职。

首先,Common类加载器复杂加载Tomcat应用服务器内部和Web应用均可见的类,如Servlet规范相关包和一些通用工具包。

其次,Catalina类加载器负责只有Tomcat应用服务器内部可见的类,这些类对Web应用不可见。比如,想实现自己的会话存储方案,而且该方案依赖了一些第三方包,当然是不希望这些包对Web应用可见,这时可以配置server.load,创建独立的Catalina类加载器。

再次,Shared类复杂加载Web应用共享类,这些类tomcat服务器不会依赖

3.Tomcat源码分析 3.1 CatalinClassLoader

首先来看看Tomcat的类加载器的继承结构

可以看到继承的结构和我们上面所写的类加载器的结构不同。

大家需要注意双亲委派机制并不是通过继承来实现的,而是相互之间组合而形成的。

所以AppClassLoader没有继承自 ExtClassLoader,WebappClassLoader也没有继承自AppClassLoader。

至于Common ClassLoader ,Shared ClassLoader,Catalina ClassLoader则是在启动时初始化的三个不同名字的URLClassLoader。

先来看看Bootstrap#init()方法。init方法会调用initClassLoaders,同样也会将Catalina ClassLoader设置到当前线程设置到当前线程,进入initClassLoaders来看看。

private void initClassLoaders() { try { // 创建 commonLoader catalinaLoader sharedLoader 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(); } // 默认情况下 server.loader 和 shared.loader 都为空则会返回 commonLoader 类加载器 catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader); sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader); } catch (Throwable t) { handleThrowable(t); log.error("Class loader creation threw exception", t); System.exit(1); } }

我们可以看到在initClassLoaders()方法中完成了CommonClassLoader, CatalinaClassLoader,和SharedClassLoader的创建,而且进入到createClassLoader方法中。

可以看到这三个基础类加载器所加载的资源刚好对应conf/catalina.properties中的common.loader,server.loader,shared.loader

3.2 层次结构

Common/Catalina/Shared ClassLoader的创建好了之后就会维护相互之间的组合关系

其实也就是设置了父加载器

3.3 具体的加载过程

源码比较长,直接进入到 WebappClassLoaderBase中的 LoadClass方法

@Override public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("loadClass(" + name + ", " + resolve + ")"); } Class<?> clazz = null; // Log access to stopped class loader checkStateForClassLoading(name); // (0) Check our previously loaded local class cache // 检查WebappClassLoader中是否加载过此类 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 cache // 如果第一步没有找到,则继续检查JVM虚拟机中是否加载过该类 clazz = 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 bootstrap class loader, to prevent // the webapp from overriding Java SE classes. This implements // SRV.10.7.2 // 如果前两步都没有找到,则使用系统类加载该类(也就是当前JVM的ClassPath)。 // 为了防止覆盖基础类实现,这里会判断class是不是JVMSE中的基础类库中类。 String resourceName = binaryNameToPath(name, false); 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 } } // (0.5) Permission to access this class when using a SecurityManager 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); } } } // 检查是否 设置了delegate属性,设置为true,那么就会完全按照JVM的"双亲委托"机制流程加载类。 boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true); // (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 // 若是没有委托,则默认会首次使用WebappClassLoader来加载类。通过自定义findClass定义处理类加载规则。 // findClass()会去Web-INF/classes 目录下查找类。 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 } // (3) Delegate to parent unconditionally // 若是WebappClassLoader在/WEB-INF/classes、/WEB-INF/lib下还是查找不到class, // 那么无条件强制委托给System、Common类加载器去查找该类。 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); }

Web应用类加载器默认的加载顺序是:

(1).先从缓存中加载;

(2).如果没有,则从JVM的Bootstrap类加载器加载;

(3).如果没有,则从当前类加载器加载(按照WEB-INF/classes、WEB-INF/lib的顺序);

(4).如果没有,则从父类加载器加载,由于父类加载器采用默认的委派模式,所以加载顺序是AppClassLoader、Common、Shared。

tomcat提供了delegate属性用于控制是否启用java委派模式,默认false(不启用),当设置为true时,tomcat将使用java的默认委派模式,这时加载顺序如下:

(1).先从缓存中加载;

(2).如果没有,则从JVM的Bootstrap类加载器加载;

(3).如果没有,则从父类加载器加载,加载顺序是AppClassLoader、Common、Shared。

(4).如果没有,则从当前类加载器加载(按照WEB-INF/classes、WEB-INF/lib的顺序)

以上就是Tomcat Catalina为什么不new出来原理解析的详细内容,更多关于Tomcat Catalina原理的资料请关注易知道(ezd.cc)其它相关文章!

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