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vjgx1361
5年前发布

Tomcat类加载器及应用间class隔离与共享

   <p>Tomcat的用户一定都使用过其应用部署功能,无论是直接拷贝文件到webapps目录,还是修改server.xml以目录的形式部署,或者是增加虚拟主机,指定新的appBase等等。</p>    <p>但部署应用时,不知道你是否曾注意过这几点:</p>    <ol>     <li> <p>如果在一个Tomcat内部署多个应用,甚至多个应用内使用了某个类似的几个不同版本,但它们之间却互不影响。这是如何做到的。</p> </li>     <li> <p>如果多个应用都用到了某类似的相同版本,是否可以统一提供,不在各个应用内分别提供,占用内存呢。</p> </li>     <li> <p>还有时候,在开发Web应用时,在pom.xml中添加了servlet-api的依赖,那实际应用的class加载时,会加载你的servlet-api 这个jar吗</p> </li>    </ol>    <p>以上提到的这几点,在Tomcat以及各类的应用服务器中,都是通过类加载器( <strong>ClasssLoader</strong> )来实现的。通过本文,你可以了解到Tomcat内部提供的各种类加载器,Web应用的class和资源等加载的方式,以及其内部的实现原理。在遇到类似问题时,更胸有成竹。</p>    <h2>类加载器</h2>    <p>Java语言本身,以及现在其它的一些基于JVM之上的语言(Groovy,Jython, Scala...),都是在将代码编译生成class文件,以实现跨多平台,write once, run anywhere。最终的这些class文件,在应用中,又被加载到JVM虚拟机中,开始工作。而把class文件加载到JVM的组件,就是我们所说的类加载器。而对于类加载器的抽象,能面对更多的class数据提供形式,例如网络、文件系统等。</p>    <p>Java中常见的那个 <strong>ClassNotFoundException</strong> 和 <strong>NoClassDefFoundError</strong> 就是类加载器告诉我们的。</p>    <p>Servlet规范指出,容器用于加载Web应用内Servlet的class loader, 允许加载位于Web应用内的资源。但不允许重写java.*, javax.*以及容器实现的类。同时每个应用内使用 <strong>Thread.currentThread.getContextClassLoader()</strong> 获得的类加载器,都是该应用区别于其它应用的类加载器等等。</p>    <p>根据Servlet规范,各个应用服务器厂商自行实现。所以像其他的一些应用服务器一样, Tomcat也 <strong>提供了多种的类加载器</strong> ,以便应用服务器内的class以及部署的Web应用类文件运行在容器中时,可以使用不同的class repositories。</p>    <p>在Java中,类加载器是以一种父子关系树来组织的。除Bootstrap外,都会包含一个parent 类加载器。(这里写parent 类加载器,而不是父类加载器,不是为了装X,是为了避免和Java里的 <strong>父类</strong> 混淆) 一般以类加载器需要加载一个class或者资源文件的时候,他会先委托给他的parent类加载器,让parent类加载器先来加载,如果没有,才再在自己的路径上加载 。这就是人们常说的双亲委托,即把类加载的请求委托给parent。</p>    <p>但是...,这里需要注意一下</p>    <p>对于Web应用的类加载,和上面的双亲委托是有区别的。</p>    <p>在Tomcat中,涉及到的类加载器大致有以下几类,像官方文档里这张表示一样,这里对于Bootstrap和System这种加载Java基础类的我们不做分析,主要来看一下后面的Common和WebappX这两类class loader。</p>    <pre>  <code class="language-java">Bootstrap            |         System            |         Common         /     \    Webapp1   Webapp2 ...</code></pre>    <h2>Webapp类加载器</h2>    <p>正如上面内容所说,Webapp类加载器,相对于传统的Java的类加载器,最主要的区别是</p>    <p>子优先(child first)</p>    <p>也就是说,在Web应用内,需要加载一个类的时候,不是先委托给parent,而是先自己加载,在自己的类路径上找不到才会再委托parent。</p>    <p>但是此处的子优先有些地方需要注意的是,Java的基础类不允许其重新加载,以及servlet-api也不允许重新加载。</p>    <p>那为什么要先child之后再parent呢?我们前面说是Servlet规范规定的。但确实也是实际需要。假如我们两个应用内使用了相同命名空间里的一个class,一个使用的是Spring 2.x,一个使用的是Spring 3.x。如果是parent先加载的话,在第一个应用加载后,第二个应用再需要的时候,就直接从parent里拿到了,但是却不符合需要。</p>    <p>另外一点是,各个Web应用的类加载器,是相互独立的,即WebappClassloader的多个实例,只有这样,多个应用之间才可能使用不同版本的相同命令空间下的类库,而不互相受影响。</p>    <p>该类加载器会加载Web应用的WEB-INF/classes内的class和资源文件,以及WEB-INF/lib下的所有jar文件。</p>    <p>当然,有些时候,有需要还按照传统的Java类加载器加载class时,Tomcat内提供了配置,可以实现父优先。</p>    <h2>Common 类加载器</h2>    <p>通过上面的class loader组织的图,可以知道Common 类加载器,是做为webapp类加载器的parent存在的。它是在以下文件中进行配置的:</p>    <p>TOMCAT_HOME/conf/catalina.properties</p>    <p>文档中给的样例:</p>    <p>对于目录结尾的,视为class文件的加载路径,对于目录/*.jar结尾的,则视为目录下所有jar会被加载。</p>    <p>这个配置,默认已经包含了Tomcat的base下的lib目录和home下的lib目录。</p>    <p>common.loader="${catalina.base}/lib","${catalina.base}/lib/*.jar","${catalina.home}/lib","${catalina.home}/lib/*.jar"</p>    <p>所以,lib目录下的class和jar文件,在启动时就都被加载了。</p>    <p>一般来说,这个类加载器用来加载一些既需要Tomcat容器内和所有应用共同可见的class,应用的class不建议放到这儿加载。</p>    <p>介绍完这两个加载器之后,我们来看文章开始时提到的几个问题:</p>    <ul>     <li>多个应用之间类库不互相冲突,是由于使用了不同的类加载器进行加载的。彼此之间如同路人。即使看起来同样一个类,使用不同的类加载器加载,也是不同的对象,这点要引起注意。</li>    </ul>    <ul>     <li>多个应用之间,如果大家使用了相同的类库,而且数据众多,为了避免重复加载占用内存,就可以用到我们的Common 类加载器。只要在配置中指定对应的目录,然后提取出共用的文件即可。我在之前的公司开发应用服务器时,就有客户有这样的需求。</li>    </ul>    <ul>     <li>对于我们应用内提供的Servlet-api,其实应用服务器是不会加载的,因为容器已经自已加载过了。当然,这里不是因为父优先还是子优先的问题,而是这类内容,是不允许被重写的。如果你应用内有一个叫javax.servlet.Servlet的class,那加载后可能就影响了应用内的正常运行了。</li>    </ul>    <p>我们看在Tomcat6.x中加载一个包含servlet 3.x api的jar,会直接提示jar not loaded.</p>    <p>类加载器实现分析</p>    <p>在Tomcat启动时,会创建一系列的类加载器,在其主类Bootstrap的初始化过程中,会先初始化classloader,然后将其绑定到Thread中。</p>    <pre>  <code class="language-java">public void init() throws Exception {        initClassLoaders();    Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);        SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);  }</code></pre>    <p>其中initClassLoaders方法,会根据catalina.properties的配置,创建相应的classloader。由于默认只配置了common.loader属性,所以其中只会创建一个出来</p>    <pre>  <code class="language-java">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();          }  catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);  sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);      } catch (Throwable t) {  handleThrowable(t);  log.error("Class loader creation threw exception", t);          System.exit(1);      }  }</code></pre>    <p>所以,后面线程中绑定的都一直是commonClassLoader。</p>    <p>然后,当一个应用启动的时候,会为其创建对应的WebappClassLoader。此时会将commonClassLoader设置为其parent。下面的代码是StandardContext类在启动时创建WebappLoader的代码</p>    <pre>  <code class="language-java">if (getLoader() == null) {      WebappLoader webappLoader = new WebappLoader(getParentClassLoader());      webappLoader.setDelegate(getDelegate());      setLoader(webappLoader);  }</code></pre>    <p>这里的getParentClassLoader会从当前组件的classLoader一直向上,找parent classLoader设置。之后注意下一行代码</p>    <p>webappLoader. <strong>setDelegate</strong></p>    <p>这就是在设置后面Web应用的类查找时是父优先还是子优先。这个配置可以在server.xml里,对Context组件进行配置。</p>    <p>即在Context元素下可以嵌套一个 <strong>Loader</strong> 元素,配置Loader的delegate即可,其默认为false,即子优先。类似于这样</p>    <p><Context></p>    <p><Loader className="" <strong>delegate</strong> ="true"/></p>    <p></Context></p>    <p>注意Loader还有一个属性是reloadable,用于表明对于/WEB-INF/classes/ 和 /WEB-INF/lib 下资源发生变化时,是否重新加载应用。这个特性在开发的时候,还是很有用的。</p>    <p>如果你的应用并没有配置这个属性,想要重新加载一个应用,只需要使用manager里的reload功能就可以。</p>    <p>有点跑题,回到我们说的delgate上面来,配置之后,可以指定Web应用类加载时,到底是使用父优先还是子优先。</p>    <p>这里的WebappLoader,就开始了正式的创建WebappClassLoader</p>    <pre>  <code class="language-java">private WebappClassLoaderBase createClassLoader()  throws Exception {        Class<?> clazz = Class.forName(loaderClass);      WebappClassLoaderBase classLoader = null;    if (parentClassLoader == null) {  parentClassLoader = context.getParentClassLoader();      }      Class<?>[] argTypes = { ClassLoader.class };      Object[] args = { parentClassLoader };      Constructor<?> constr = clazz.getConstructor(argTypes);      classLoader = (WebappClassLoaderBase) constr.newInstance(args);  return classLoader;  }</code></pre>    <p>配置等信息使用前面Loader内的配置。</p>    <p>应用的classLoader也配置好之后,我们再来看真正应用需要class的时候,是如何子优先的。</p>    <p>在loadClass的时候,会调用到WebappClassLoader的loadClass方法,此时,查找一个class的步骤总结这样几步:</p>    <p>这里把方法中分步的注释拿来罗列一下,</p>    <ol>     <li> <p>(0) Check our previously loaded local class cache</p> </li>     <li> <p>(0.1) Check our previously loaded class cache</p> </li>     <li> <p>(0.2) Try loading the class with the system class loader, to prevent</p> <p>the webapp from overriding Java SE classes. This implements SRV.10.7.2</p> </li>     <li> <p>然后,会判断是否启用了securityManager,启用时会进行packageAccess的检查。</p> </li>    </ol>    <p>主要判断已加载的类里是否已经包含,然后避免Java SE的classes被覆盖,packageAccess的检查。</p>    <p>之后,开始了我们的父优先子优先的流程。这里判断是否使用delegate时,对于一些容器提供的class,也会跳过。</p>    <p>boolean delegateLoad = delegate || <strong>filter</strong> (name);</p>    <p>这里的filter就用来过滤容器提供的类以及servlet-api的类。</p>    <pre>  <code class="language-java">protected synchronized boolean filter(String name) {    if (name == null)  return false;    // Looking up the package      String packageName = null;  int pos = name.lastIndexOf('.');  if (pos != -1)          packageName = name.substring(0, pos);  else          return false;    packageTriggersPermit.reset(packageName);  if (packageTriggersPermit.lookingAt()) {  return false;      }</code></pre>    <p>然后确定到底是父优先,还是子优先,开始类的加载</p>    <p>父优先</p>    <pre>  <code class="language-java">// (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      }  }</code></pre>    <p>此时如果没找到,就走到下面的代码,开始查找本地的资源库(repository)和子优先时一样:</p>    <pre>  <code class="language-java">// (2) Search local repositories  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  }</code></pre>    <p>如果父优先和子优先都没能查找到需要的class,此时会抛出</p>    <pre>  <code class="language-java">throw new ClassNotFoundException(name);</code></pre>    <p>关于上面代码,有一个地方,感兴趣的同学可以再深入了解下,</p>    <pre>  <code class="language-java">clazz = Class.forName(name, false, parent);</code></pre>    <p>也许你这么多年一直直接用Class.forName,没管过后面还可以多传两个参数。</p>    <p> </p>    <p> </p>    <p>来自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/24168200</p>    <p> </p>    
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