Tomcat源码分析(八)--载入器

本系列转载自 http://blog.csdn.net/haitao111313/article/category/1179996  

在讲Tomcat的载入器之前，先要了解一下java的类加载机制，这里就不具体说了，仅仅写一点我认为比较重要的东西：

    1：一般实现自己的类加载器是重写ClassLoader的findClass方法，然后在这个方法里面读取class文件为byte[]数组，传入defineClass方法，defineClass方法返回我们加载的类。这样便实现了我们自己的简单的类加载器。下面是一个简单的自定义类加载器的findClass方法：

[java] view plaincopyprint?

1. protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {   
2.         byte[] classData = getClassData(name); //getClassData方法是通过class文件的名字得到一个字节数组  
3.         if (classData == null) {   
4.             throw new ClassNotFoundException();   
5.         }   
6.         else {   
7.             return defineClass(name, classData, 0, classData.length); //加载进jvm中。  
8.         }   
9.     }   

问题是： 可不可以重写ClassLoader的loadClass方法来实现自己的类加载器？ 答案是可以，Tomcat就是用的这种方法。jdk建议我们实现自己的类加载器的时候是重写findClass方法，不建议重写loadclass方法，因为ClassLoader的loadclass方法保证了类加载的父亲委托机制，如果重写了这个方法，就意味着需要实现自己在重写的loadclass方法实现父亲委托机制，下面看看ClassLoader的loadclass方法，看怎么实现父亲委托机制的：

[java] view plaincopyprint?

1. protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  
2. throws ClassNotFoundException  
3.    {  
4. // First, check if the class has already been loaded  
5. Class c = findLoadedClass(name);//检查该类是否已经被加载了  
6. if (c == null) {  
7.     try {  
8.     if (parent != null) {//如果父加载器不为空就用父加载器加载该类。  
9.         c = parent.loadClass(name, false);  
10.     } else {  
11.         c = findBootstrapClass0(name);  
12.     }  
13.     } catch (ClassNotFoundException e) {  
14.         // If still not found, then invoke findClass in order  
15.         // to find the class.  
16.         c = findClass(name);//在自己实现的类加载器中重写这个findClass方法。  
17.     }  
18. }  
19. if (resolve) {  
20.     resolveClass(c);  
21. }  
22. return c;  
23.    }  

这样就保证了父亲委托机制。当所有父类都加载不了，才会调用findClass方法，即调用到我们自己的类加载器的findClass方法。以此实现类加载。

2：在我们自己实现的类加载器中，defineClass方法才是真正的把类加载进jvm，defineClass是从ClassLoader继承而来，把一个表示类的字节数组加载进jvm转换为一个类。

3：我们自己实现的类加载器跟系统的类加载器没有本质的区别，最大的区别就是加载的路径不同，系统类加载器会加载环境变量CLASSPATH中指明的路径和jvr文件,我们自己的类加载器可以定义自己的需要加载的类文件路径.同样的一个class文件,用系统类加载器和自定义加载器加载进jvm后类的结构是没有区别的,只是他们访问的权限不一样,生成的对象因为加载器不同也会不一样.当然我们自己的类加载器可以有更大的灵活性,比如把一个class文件(其实就是二进制文件)加密后(简单的加密就把0和1互换),系统类加载器就不能加载,需要由我们自己定义解密类的加载器才能加载该class文件.

现在来初步的看看Tomcat的类加载器,为什么Tomcat要有自己的类加载器.这么说吧,假如没有自己的类加载器,我们知道,在一个Tomcat中是可以部署很多应用的，如果所有的类都由系统类加载器来加载，那么部署在Tomcat上的A应用就可以访问B应用的类，这样A应用与B应用之间就没有安全性可言了。还有一个原因是因为Tomcat需要实现类的自动重载，所以也需要实现自己的类加载器。Tomcat的载入器是实现了Loader接口的WebappLoader类，也是Tomcat的一个组件，实现Lifecycle接口以便统一管理，启动时调用start方法，在start方法主要做了以下的事情：

1：创建一个真正的类加载器以及设置它加载的路径，调用createClassLoader方法

2：启动一个线程来支持自动重载，调用threadStart方法

看createClassLoader方法：

[java] view plaincopyprint?

1. private WebappClassLoader createClassLoader()  
2.        throws Exception {  
3.   
4.        Class clazz = Class.forName(loaderClass);  
5.        WebappClassLoader classLoader = null;  
6.   
7.        if (parentClassLoader == null) {  
8.            // Will cause a ClassCast is the class does not extend WCL, but  
9.            // this is on purpose (the exception will be caught and rethrown)  
10.            classLoader = (WebappClassLoader) clazz.newInstance();  
11.        } else {  
12.            Class[] argTypes = { ClassLoader.class };  
13.            Object[] args = { parentClassLoader };  
14.            Constructor constr = clazz.getConstructor(argTypes);  
15.            classLoader = (WebappClassLoader) constr.newInstance(args);  
16.        }  
17.   
18.        return classLoader;  
19.   
20.    }  

在createClassLoader方法内，实例化了一个真正的类加载器WebappClassLoader,代码很简单。WebappClassLoader是Tomcat的类加载器，它继承了URLClassLoader(这个类是ClassLoader的孙子类)类。重写了findClass和loadClass方法。Tomcat的findClass方法并没有加载相关的类，只是从已经加载的类中查找这个类有没有被加载，具体的加载是在重写的loadClass方法中实现，从上面的对java的讨论可知，重写了loadClass方法就意味着失去了类加载器的父亲委托机制，需要自己来实现父亲委托机制。Tomcat正是这么做的，下面看WebappClassLoader的loadClass方法：

[java] view plaincopyprint?

1. public Class loadClass(String name, boolean resolve)  
2.         throws ClassNotFoundException {  
3.         if (debug >= 2)  
4.             log("loadClass(" + name + ", " + resolve + ")");  
5.         Class clazz = null;  
6.   
7.         // Don't load classes if class loader is stopped  
8.         if (!started) {  
9.             log("Lifecycle error : CL stopped");  
10.             throw new ClassNotFoundException(name);  
11.         }  
12.   
13.         // (0) Check our previously loaded local class cache  
14.         //查找本地缓存是否已经加载了该类  
15.         clazz = findLoadedClass0(name);  
16.         if (clazz != null) {  
17.             if (debug >= 3)  
18.                 log("  Returning class from cache");  
19.             if (resolve)  
20.                 resolveClass(clazz);  
21.             return (clazz);  
22.         }  
23.   
24.         // (0.1) Check our previously loaded class cache  
25.         
26.         clazz = findLoadedClass(name);  
27.         if (clazz != null) {  
28.             if (debug >= 3)  
29.                 log("  Returning class from cache");  
30.             if (resolve)  
31.                 resolveClass(clazz);  
32.             return (clazz);  
33.         }  
34.   
35.         // (0.2) Try loading the class with the system class loader, to prevent  
36.         //       the webapp from overriding J2SE classes  
37.         try {  
38.             clazz = system.loadClass(name);// (0.2) 先检查系统ClassLoader，因此WEB-INF/lib和WEB-INF/classes或{tomcat}/libs下的类定义不能覆盖JVM 底层能够查找到的定义(譬如不能通过定义java.lang.Integer替代底层的实现  
39.             if (clazz != null) {  
40.                 if (resolve)  
41.                     resolveClass(clazz);  
42.                 return (clazz);  
43.             }  
44.         } catch (ClassNotFoundException e) {  
45.             // Ignore  
46.         }  
47.   
48.        ...............................................  
49. //这是一个很奇怪的定义，JVM的ClassLoader建议先由parent去load，load不到自己再去load(见如上 ClassLoader部分)，而Servelet规范的建议则恰好相反，Tomcat的实现则做个折中，由用户去决定(context的 delegate定义)，默认使用Servlet规范的建议，即delegate=false  
50.         boolean delegateLoad = delegate || filter(name);  
51. // (1) 先由parent去尝试加载，此处的parent是SharedClassLoader，见如上说明，如上说明，除非设置了delegate，否则这里不执行  
52.         // (1) Delegate to our parent if requested  
53.         if (delegateLoad) {  
54.             if (debug >= 3)  
55.                 log("  Delegating to parent classloader");  
56.             ClassLoader loader = parent;  
57.             if (loader == null)//此处parent是否为空取决于context 的privileged属性配置，默认privileged=true，即parent为SharedClassLoader  
58.                 loader = system;  
59.             try {  
60.                 clazz = loader.loadClass(name);  
61.                 if (clazz != null) {  
62.                     if (debug >= 3)  
63.                         log("  Loading class from parent");  
64.                     if (resolve)  
65.                         resolveClass(clazz);  
66.                     return (clazz);  
67.                 }  
68.             } catch (ClassNotFoundException e) {  
69.                 ;  
70.             }  
71.         }  
72.   
73.        // 到WEB-INF/lib和WEB-INF/classes目录去搜索，细节部分可以再看一下findClass，会发现默认是先搜索WEB-INF/classes后搜索WEB-INF/lib  
74.         if (debug >= 3)  
75.             log("  Searching local repositories");  
76.         try {  
77.             clazz = findClass(name);  
78.             if (clazz != null) {  
79.                 if (debug >= 3)  
80.                     log("  Loading class from local repository");  
81.                 if (resolve)  
82.                     resolveClass(clazz);  
83.                 return (clazz);  
84.             }  
85.         } catch (ClassNotFoundException e) {  
86.             ;  
87.         }  
88.   
89.         // (3) Delegate to parent unconditionally  
90.         if (!delegateLoad) {  
91.             if (debug >= 3)  
92.                 log("  Delegating to parent classloader");  
93.             ClassLoader loader = parent;  
94.             if (loader == null)  
95.                 loader = system;  
96.             try {  
97.                 clazz = loader.loadClass(name);  
98.                 if (clazz != null) {  
99.                     if (debug >= 3)  
100.                         log("  Loading class from parent");  
101.                     if (resolve)  
102.                         resolveClass(clazz);  
103.                     return (clazz);  
104.                 }  
105.             } catch (ClassNotFoundException e) {  
106.                 ;  
107.             }  
108.         }  
109.   
110.         // This class was not found  
111.         throw new ClassNotFoundException(name);  
112.   
113.     }  

上面的代码很长，但实现了Tomcat自己的类加载机制，具体的加载规则是：

1：因为所有已经载入的类都会缓存起来，所以先检查本地缓存

2：如本地缓存没有，则检查上一级缓存，即调用ClassLoader类的findLoadedClass()方法；

3：若两个缓存都没有，则使用系统的类进行加载，防止Web应用程序中的类覆盖J2EE的类

4：若打开标志位delegate（表示是否代理给父加载器加载），或者待载入的类是属于包触发器的包名，则调用父类载入器来加载，如果父类载入器是null，则使用系统类载入器

5：从当前仓库中载入相关类

6：若当前仓库中没有相关类，且标志位delegate为false，则调用父类载入器来加载，如果父类载入器是null，则使用系统类载入器（４跟６只能执行一个步骤的）

这里有有一点不明白的是在第三步使用系统类加载若失败后，在第四步和第六步就没必要但父类载入器为null的时候再用系统类载入器来载入了？？？有谁明白的麻烦留个言，不胜感激～

参考了一下http://ayufox.iteye.com/blog/631190这篇博文.