Tomcat类加载器体系结构

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与Java语言相似，Tomcat提供了分级类加载机制，当然，最顶端非BootStrap Loader莫属，它由C++编写，JVM启动且完成初始化后首先被调用。不过在Tomcat中类加载体系中，缺少了ExtClassLoader的身影（待验证），ExtClassLoader加载sun公司提供的扩展机制（参考文章：）。下面是架构图：
   
上图展示了各层类加载器以及类文件搜索路径，Tomcat为每个部署到其中的Web项目定义一个类加载器（如上图中WebappAClassLoader、WebappBClassLoader），其类文件搜索路径即为%CATALINA_HOME%\webapps\项目名称\WEB-INF\lib\;
%CATALINA_HOME%\webapps\项目名称\WEB-INF\classes\。Tomcat自己定义了一个BootStrap类，在org.apache.catalina.startup.BootStrap定义，其作用是：
1、定义公共类加载器





Java代码

• private Object catalinaDaemon = null;//定义catalina服务器守护程序实例   
  
•   
  
• protected ClassLoader commonLoader = null;   
  
• protected ClassLoader catalinaLoader = null;   
  
• protected ClassLoader sharedLoader = null;   
  
•   
  
• private void initClassLoaders() {   
  
•     try {   
  
•         ClassLoaderFactory.setDebug(debug);   
  
•         commonLoader = createClassLoader("common", null);   
  
•         catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);   
  
•         sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);   
  
•     } catch (Throwable t) {   
  
•         log("Class loader creation threw exception", t);   
  
•         System.exit(1);   
  
•     }   
  
• }  
  

    private Object catalinaDaemon = null;//定义catalina服务器守护程序实例
protected ClassLoader commonLoader = null;
protected ClassLoader catalinaLoader = null;
protected ClassLoader sharedLoader = null;
private void initClassLoaders() {
try {
ClassLoaderFactory.setDebug(debug);
commonLoader = createClassLoader("common", null);
catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
} catch (Throwable t) {
log("Class loader creation threw exception", t);
System.exit(1);
}
}
我们看到commonLoader的父类加载器为null，即在委派机制下它将把类加载任务直接委派给JVM所使用的BootStrap Loader，但为什么是null呢？因为JVM所使用的BootStrap Loader是用C++编写的。
catalinaDaemon为服务器从启动至停止都存在的守护线程，类似于桌面程序中的Main守护线程。createClassLoader函数利用ClassLoaderFactory类在工厂模式下创建，创建代码如下：





Java代码

• public static ClassLoader createClassLoader(File unpacked[],File packed[], URL urls[], ClassLoader parent)throws Exception {   
  
• ..   
  
•        //获得将要创建的类加载器的类文件搜索路径   
  
•        String array[] = (String[]) list.toArray(new String[list.size()]);   
  
•        StandardClassLoader classLoader = null;   
  
•        if (parent == null)//父加载器为JVM使用的BootStrap Loader   
  
•            classLoader = new StandardClassLoader(array);   
  
•        else  
  
•            classLoader = new StandardClassLoader(array, parent);   
  
•        classLoader.setDelegate(true);//设置该类加载器遵循委派模式   
  
•        return (classLoader);   
  

public static ClassLoader createClassLoader(File unpacked[],File packed[], URL urls[], ClassLoader parent)throws Exception {
...
//获得将要创建的类加载器的类文件搜索路径
String array[] = (String[]) list.toArray(new String[list.size()]);
StandardClassLoader classLoader = null;
if (parent == null)//父加载器为JVM使用的BootStrap Loader
classLoader = new StandardClassLoader(array);
else
classLoader = new StandardClassLoader(array, parent);
classLoader.setDelegate(true);//设置该类加载器遵循委派模式
return (classLoader);
}
Tomcat提供两种类加载器供使用，一种是如上代码中所述的标准类加载器StandardClassLoader，用以实例化为commonLoader、catalinaLoader和sharedLoader，在org.apache.catalina.loader.StandardClassLoader定义，它不提供热部署功能；另外一种是专为Web程序所提供的WebClassLoader，它用以实例化为各部署项目的类加载器，在org.apache.catalina.loader.WebappClassLoader定义，提供热部署功能，也就是在发生ClassLoader搜索路径下的资源改变的动作之后，服务器自动重新加载之。
2、初始化catalina守护程序：





Java代码

• public void init()   
  
•     throws Exception   
  
• {   
  
•     // Set Catalina path   
  
•     setCatalinaHome();   
  
•     setCatalinaBase();   
  
•       
  
•     initClassLoaders();   
  
•     Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);   
  
•     SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);   
  
•   
  
•     /*利用类加载器catalinaClassLoader加载Catalina，并调用后者的process方法，该方法设置%CATALINA_HOME%,%CATALINA_BASE%，并根据参数配置启动catalina*/  
  
•     Class startupClass =   
  
•         catalinaLoader.loadClass   
  
•         ("org.apache.catalina.startup.Catalina");   
  
•     Object startupInstance = startupClass.newInstance();   
  
•       
  
•     /*将SharedClassLoader设为Catalina类的ClassLoader*/  
  
•     String methodName = "setParentClassLoader";   
  
•     Class paramTypes[] = new Class[1];   
  
•     paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");   
  
•     Object paramValues[] = new Object[1];   
  
•     paramValues[0] = sharedLoader;   
  
•     Method method =   
  
•         startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);   
  
•            
  
•     method.invoke(startupInstance, paramValues);   
  
•     catalinaDaemon = startupInstance;   
  
• }  
  

    public void init()
throws Exception
{
// Set Catalina path
setCatalinaHome();
setCatalinaBase();
initClassLoaders();
Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);
SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);
/*利用类加载器catalinaClassLoader加载Catalina，并调用后者的process方法，该方法设置%CATALINA_HOME%,%CATALINA_BASE%，并根据参数配置启动catalina*/
Class startupClass =
catalinaLoader.loadClass
("org.apache.catalina.startup.Catalina");
Object startupInstance = startupClass.newInstance();
/*将SharedClassLoader设为Catalina类的ClassLoader*/
String methodName = "setParentClassLoader";
Class paramTypes[] = new Class[1];
paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");
Object paramValues[] = new Object[1];
paramValues[0] = sharedLoader;
Method method =
startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
method.invoke(startupInstance, paramValues);
catalinaDaemon = startupInstance;
}
本段代码实现了利用CatalinaClassLoader加载Catalina类，并创建其实例。但很有意思的是，创建实例之后Catalina的类加载器却被设置为SharedClassLoader。
我们知道Catalina是Tomcat容器的代言人，也就是一个在容器生命周期内都存在的类，我们所设计的Servlet是被放置在这个容器里面供调用的，从代码层来讲也就是被实例化，然后引用。同时，在Java类加载器体系结构中定义到：被引用类默认由依赖类的ClassLoader加载，而这样设计的原因是，运行时相同层次的ClassLoader所加载的类无法看到其他ClassLoader所加载的类，可这又是为什么呢？这是Java语言的安全特性所要求的（进一步探讨，请参阅《深入Java虚拟机》）。由上所述，可以知道如果要引用Servlet的话，得有Catalina的ClassLoader出马去加载，但是我们之前已经看到了，每一个Web项目都有一个特定的WebappClassLoder加载，并且Catalina需要引用的可是同时部署到其中的许多个Web项目的Servlet，这就出现了矛盾。但是，我们仔细看看WebappClassLoader的设计，它的父加载器可是SharedClassLoader哦（SharedClassLoader加载的是部署到容器中的多个Web项目共用的资源），故聪明的小花猫把Catalina的类加载器设置为了SharedClassLoader，这样利用父加载器加载Catalina，而子加载器来加载Servlet，岂不是一个绝妙的设计！
注意：代码中利用到了强大的反射机制。
延伸探究：
http://blog.chinaunix.net/u2/83532/showart_1418390.html
http://blog.163.com/haizai219@126/blog/static/44412555200810111429791/