关于ClassLoader In Tomcat 的研究

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匿名技术用户   2020-12-29 14:53   23   0

收回五一假期那颗破碎的心,继续我的程序人生。

今天打算研究下ClassLoader在Tomcat中的工作。

以下文字来自http://hi.baidu.com/wuzejian/blog/item/678c21e92aa6483eb90e2d21.html

1 - Tomcat的类载入器的结构

Tomcat Server在启动的时候将构造一个ClassLoader树,以保证模块的类库是私有的
Tomcat Server的ClassLoader结构如下:
其中:
- Bootstrap - 载入JVM自带的类和$JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar
- System - 载入$CLASSPATH/*.class
- Common - 载入$CATALINA_HOME/common/...,它们对TOMCAT和所有的WEB APP都可见
- Catalina - 载入$CATALINA_HOME/server/...,它们仅对TOMCAT可见,对所有的WEB APP都不可见
- Shared - 载入$CATALINA_HOME/shared/...,它们仅对所有WEB APP可见,对TOMCAT不可见(也不必见)
- WebApp? - 载入ContextBase?/WEB-INF/...,它们仅对该WEB APP可见

2 - ClassLoader的工作原理

每个运行中的线程都有一个成员contextClassLoader,用来在运行时动态地载入其它类
系统默认的contextClassLoader是systemClassLoader,所以一般而言java程序在执行时可以使用JVM自带的类、$JAVA_HOME/jre/lib/ext/中的类和$CLASSPATH/中的类
可以使用Thread.currentThread().setContextClassLoader(...);更改当前线程的contextClassLoader,来改变其载入类的行为

ClassLoader被组织成树形,一般的工作原理是:
1) 线程需要用到某个类,于是contextClassLoader被请求来载入该类
2) contextClassLoader请求它的父ClassLoader来完成该载入请求
3) 如果父ClassLoader无法载入类,则contextClassLoader试图自己来载入

注意:WebApp?ClassLoader的工作原理和上述有少许不同:
它先试图自己载入类(在ContextBase?/WEB-INF/...中载入类),如果无法载入,再请求父ClassLoader完成

由此可得:
- 对于WEB APP线程,它的contextClassLoader是WebApp?ClassLoader
- 对于Tomcat Server线程,它的contextClassLoader是CatalinaClassLoader

3 - 部分原代码分析

3.1 - org/apache/catalina/startup/Bootstrap.java

Tomcat Server线程的起点
构造ClassLoader树,并设置Tomcat Server线程的contextClassLoader为catalinaloader
载入若干类,然后转入org.apache.catalina.startup.Catalina类中

---------------------------------------
None.gifpackage org.apache.catalina.startup;
None.gif
None.gif
// JDK类库
None.gif

None.gif
import java.io.File;
None.gif
import java.io.IOException;
None.gif
import java.lang.reflect.Method;
None.gif
import java.net.MalformedURLException;
None.gif
import java.net.URL;
None.gif
import java.util.ArrayList;
None.gif
None.gif
// apache自己的类库
None.gif

None.gif
import org.apache.catalina.loader.Extension;
None.gif
import org.apache.catalina.loader.StandardClassLoader;
None.gif
ExpandedBlockStart.gifContractedBlock.gif
/** *//**
InBlock.gif * Boostrap loader for Catalina. This application constructs a class loader
InBlock.gif * for use in loading the Catalina internal classes (by accumulating all of the
InBlock.gif * JAR files found in the "server" directory under "catalina.home"), and
InBlock.gif * starts the regular execution of the container. The purpose of this
InBlock.gif * roundabout approach is to keep the Catalina internal classes (and any
InBlock.gif * other classes they depend on, such as an XML parser) out of the system
InBlock.gif * class path and therefore not visible to application level classes.
InBlock.gif *
InBlock.gif *
@author Craig R. McClanahan
InBlock.gif *
@version $Revision: 1.36 $ $Date: 2002/04/01 19:51:31 $
ExpandedBlockEnd.gif
*/

None.gif
ExpandedBlockStart.gifContractedBlock.gif
/** *//**
InBlock.gif * 该类的main方法的主要任务: --------------------------
InBlock.gif *
InBlock.gif * 1,创建TOMCAT自己的类载入器(ClassLoader) +---------------------------+ | Bootstrap | | | | |
InBlock.gif * System | | | | | Common | | / \ | | Catalina Shared |
InBlock.gif * +---------------------------+ 其中: - Bootstrap -
InBlock.gif * 载入JVM自带的类和$JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar - System - 载入$CLASSPATH/*.class -
InBlock.gif * Common - 载入$CATALINA_HOME/common/dot.gif,它们对TOMCAT和所有的WEB APP都可见 - Catalina -
InBlock.gif * 载入$CATALINA_HOME/server/dot.gif,它们仅对TOMCAT可见,对所有的WEB APP都不可见 - Shared -
InBlock.gif * 载入$CATALINA_HOME/shared/dot.gif,它们仅对所有WEB APP可见,对TOMCAT不可见(也不必见)
InBlock.gif * 注意:当一个ClassLoader被请求载入一个类时,它首先请求其父ClassLoader完成载入,
InBlock.gif * 仅当其父ClassLoader无法载入该类时,才试图自己载入该类 2,改变本身线程的默认ClassLoader(本线程就是Tomcat
InBlock.gif * Server线程,类载入器是catalinaLoader)
InBlock.gif * 3,让catalinaLoader载入一些类,类的位置在$CATALINA_HOME/server/lib/catalina.jar中
InBlock.gif * 4,创建org.apache.catalina.startup.Catalina类的一个实例startupInstance,并为其调用方法:
InBlock.gif * startupInstance.setParentClassLoader(sharedLoader);
InBlock.gif * startupInstance.process(args);
InBlock.gif *
InBlock.gif *
InBlock.gif * 有关ClassLoader的说明: -----------------------
InBlock.gif *
InBlock.gif * 每个被DEPLOY的WEB APP都会被创建一个ClassLoader,用来载入该WEB APP自己的类
InBlock.gif * 这些类的位置是webappX/WEB-INF/classes/*.class和webappX/WEB-INF/lib/*.jar
InBlock.gif *
InBlock.gif * ClassLoader的工作流程是: 1) 收到一个载入类的的请求 2) 请求其父ClassLoader来完成该类的载入 3)
InBlock.gif * 如果父ClassLoader无法载入,则自己试图完成该类的载入
InBlock.gif *
InBlock.gif * 特别注意WEB APP自己的ClassLoader的实现与众不同: 它先试图从WEB APP自己的目录里载入,如果失败则请求父ClassLoader的代理
InBlock.gif * 这样可以让不同的WEB APP之间的类载入互不干扰
InBlock.gif *
InBlock.gif * WEB APP的ClassLoader的层次结构是: +----------------------------+ | Shared | | / \
InBlock.gif * dot.gif | | Webapp1 Webapp2 dot.gif | +----------------------------+ 故对于一个WEB
InBlock.gif * APP,其类载入的优先顺序如下: - /WEB-INF/classes/*.class 和 /WEB-INF/lib/*.jar - Bootstrap
InBlock.gif * classes of JVM - System class loader classes - $CATALINA_HOME/common/dot.gif -
InBlock.gif * $CATALINA_HOME/shared/dot.gif
InBlock.gif *
InBlock.gif *
InBlock.gif * 小结: ------
InBlock.gif *
InBlock.gif * 综上分析 - Tomcat Server线程使用的classLoader是Catalina - 每个WEB
InBlock.gif * APP线程使用的classloader是Webapp?
InBlock.gif *
ExpandedBlockEnd.gif
*/

None.gif
ExpandedBlockStart.gifContractedBlock.gif
public final class Bootstrap dot.gif{
InBlock.gif
ExpandedSubBlockStart.gifContractedSubBlock.gif
/** *//**
InBlock.gif * DEBUG级别
ExpandedSubBlockEnd.gif
*/

InBlock.gif
InBlock.gif
private static int debug = 0;
InBlock.gif
ExpandedSubBlockStart.gifContractedSubBlock.gif
/** *//**
InBlock.gif * 脚本执行该程序时,提供以下的系统属性: java.endorsed.dirs="$JAVA_ENDORSED_DIRS" -classpath
InBlock.gif * "$CLASSPATH" \ java.security.manager \
InBlock.gif * java.security.policy=="$CATALINA_BASE"/conf/catalina.policy \
InBlock.gif * catalina.base="$CATALINA_BASE" \ catalina.home="$CATALINA_HOME" \
InBlock.gif * java.io.tmpdir="$CATALINA_TMPDIR" \
InBlock.gif *
InBlock.gif *
@param args
InBlock.gif * Command line arguments to be processed
ExpandedSubBlockEnd.gif
*/

InBlock.gif
ExpandedSubBlockStart.gifContractedSubBlock.gif
public static void main(String args[]) dot.gif{
InBlock.gif
InBlock.gif
// 设置debug
InBlock.gif

ExpandedSubBlockStart.gifContractedSubBlock.gif
for (int i = 0; i < args.length; i++) dot.gif{
InBlock.gif
if ("-debug".equals(args[i]))
InBlock.gif debug
= 1;
ExpandedSubBlockEnd.gif }

InBlock.gif
InBlock.gif
// 设置好系统属性catalina.base,即保证其有值
InBlock.gif

InBlock.gif
if (System.getProperty("catalina.base") == null)
InBlock.gif System.setProperty(
"catalina.base", getCatalinaHome());
InBlock.gif
InBlock.gif
// 创建三个ClassLoader
InBlock.gif
// 这三个对象是通过ClassLoaderFactory的静态方法创建的
InBlock.gif
// 其实际类型是StandardClassLoader,完成tomcat自定义的类载入
InBlock.gif
// 这些类对非tomcat及其上的webapp的其它java程序不可见,故用自己的Classloader载入
InBlock.gif

InBlock.gif ClassLoader commonLoader
= null;
InBlock.gif ClassLoader catalinaLoader
= null;
InBlock.gif ClassLoader sharedLoader
= null;
ExpandedSubBlockStart.gifContractedSubBlock.gif
try dot.gif{
InBlock.gif
InBlock.gif File unpacked[]
= new File[1];
InBlock.gif File packed[]
= new File[1];
InBlock.gif File packed2[]
= new File[2];
InBlock.gif
InBlock.gif ClassLoaderFactory.setDebug(debug);
InBlock.gif
InBlock.gif
// $CATALINA_HOME/common/classes/*.class - 未压缩的类
InBlock.gif
// $CATALINA_HOME/common/endorsed/*.jar - 压缩的类(endorse:支持)
InBlock.gif
// $CATALINA_HOME/common/lib/*.jar - 压缩的类
InBlock.gif
// 这些类是被tomcat server以及所有的webapp所共享的类,由commonLoader负责载入
InBlock.gif

InBlock.gif unpacked[
0] = new File(getCatalinaHome(), "common" + File.separator
InBlock.gif
+ "classes");
InBlock.gif packed2[
0] = new File(getCatalinaHome(), "common" + File.separator
InBlock.gif
+ "endorsed");
InBlock.gif packed2[
1] = new File(getCatalinaHome(), "common" + File.separator
InBlock.gif
+ "lib");
InBlock.gif commonLoader
= ClassLoaderFactory.createClassLoader(unpacked,
InBlock.gif packed2,
null);
InBlock.gif
InBlock.gif
// $CATALINA_HOME/server/classes/*.class
InBlock.gif
// $CATALINA_HOME/server/lib/*.jar
InBlock.gif
// 这些类是仅被tomcat server使用而对webapp不可见的类,由catalinaLoader负责载入
InBlock.gif

InBlock.gif unpacked[
0] = new File(getCatalinaHome(), "server" + File.separator
InBlock.gif
+ "classes");
InBlock.gif packed[
0] = new File(getCatalinaHome(), "server" + File.separator
InBlock.gif
+ "lib");
InBlock.gif catalinaLoader
= ClassLoaderFactory.createClassLoader(unpacked,
InBlock.gif packed, commonLoader);
InBlock.gif
InBlock.gif
// $CATALINA_BASE/shared/classes/*.class
InBlock.gif
// $CATALINA_BASE/shared/lib/*.jar
InBlock.gif
// 这些类是仅被tomcat的webapp使用的类,由sharedLoader负责载入
InBlock.gif

InBlock.gif unpacked[
0] = new File(getCatalinaBase(), "shared" + File.separator
InBlock.gif
+ "classes");
InBlock.gif packed[
0] = new File(getCatalinaBase(), "shared" + File.separator
InBlock.gif
+ "lib");
InBlock.gif sharedLoader
= ClassLoaderFactory.createClassLoader(unpacked,
InBlock.gif packed, commonLoader);
InBlock.gif
InBlock.gif
// 注意三个自己定置的ClassLoader的层次关系:
InBlock.gif
// systemClassLoader (root)
InBlock.gif
// +--- commonLoader
InBlock.gif
// +--- catalinaLoader
InBlock.gif
// +--- sharedLoader
InBlock.gif

ExpandedSubBlockStart.gifContractedSubBlock.gif }
catch (Throwable t) dot.gif{
InBlock.gif log(
"Class loader creation threw exception", t);
InBlock.gif System.exit(
1);
InBlock.gif
ExpandedSubBlockEnd.gif }

InBlock.gif
InBlock.gif
// 为当前的线程更改其contextClassLoader
InBlock.gif
// 一般的线程默认的contextClassLoader是系统的ClassLoader(所有其它自定义ClassLoader的父亲)
InBlock.gif
// 当该线程需要载入类时,将使用自己的contextClassLoader来寻找并载入类
InBlock.gif
// 更改contextClassLoader可以更改该线程的寻找和载入类的行为,但不影响到其它线程
InBlock.gif
// 注意!Tomcat Server线程使用的是catalinaLoader
InBlock.gif

InBlock.gif Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);
InBlock.gif
InBlock.gif
// Load our startup class and call its process() method
InBlock.gif

ExpandedSubBlockStart.gifContractedSubBlock.gif
try dot.gif{
InBlock.gif
InBlock.gif
// 预载入catalinalLoader的一些类
InBlock.gif

InBlock.gif SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);
InBlock.gif
InBlock.gif
// 获得tomcat的启动类:org.apache.catalina.startup.Catalina,并创建该类的一个实例
InBlock.gif

InBlock.gif
if (debug >= 1)
InBlock.gif log(
"Loading startup class");
InBlock.gif Class startupClass
= catalinaLoader
InBlock.gif .loadClass(
"org.apache.catalina.startup.Catalina");
InBlock.gif Object startupInstance
= startupClass.newInstance();
InBlock.gif
InBlock.gif
// 设置startupInstance的父ClassLoader,相当于执行:
InBlock.gif
// Catalina startupInstance = new Catailina();
InBlock.gif
// startupInstance.setParentClassLoader(sharedLoader);
InBlock.gif
// 详情参考类org.apache.catalina.startup.Catalina
InBlock.gif

InBlock.gif
if (debug >= 1)
InBlock.gif log(
"Setting startup class properties");
InBlock.gif String methodName
= "setParentClassLoader";
InBlock.gif Class paramTypes[]
= new Class[1];
InBlock.gif paramTypes[
0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");
InBlock.gif Object paramValues[]
= new Object[1];
InBlock.gif paramValues[
0] = sharedLoader;
InBlock.gif Method method
= startupInstance.getClass().getMethod(methodName,
InBlock.gif paramTypes);
InBlock.gif method.invoke(startupInstance, paramValues);
InBlock.gif
InBlock.gif
// 使用main方法获得的参数args来执行process方法,相当于:
InBlock.gif
// startupInsta
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