从源码的角度，来解释Tomcat为什么要实现自己的类加载器打破双亲委派模型？

Posted 2021-04-04 Java面试那些事儿

作者：不学无数的程序员
来源：https://urlify.cn/vuYJbq

在学习Tomcat中的类加载器，并且Tomcat为什么要实现自己的类加载器打破双亲委派模型原因之前，我们首先需要知道Java中定义的类加载器是什么，双亲委派模型是什么。

# Java中的类加载器

类加载器负责在程序运行时将java文件动态加载到JVM中。

从Java虚拟机的角度来讲的话，存在两种不同的类加载器：

• 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：这个类加载器是使用C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分。

• 其他的类加载器：这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader，其中其他类加载器大概又分为

• ExtensionClassLoader:这个类加载器由ExtClassLoader实现，它负责加载JAVA_HOME/lib/ext目录中的所有类，或者被java.ext.dir系统变量所指定的路径中所有的类。

• ApplicationClassLoader：这个类加载器是由AppClassLoader实现的，它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的所有类，如果应用中没有自定义自己的类加载器，那么一般情况就是程序中默认的类加载器。

• 自定义加载器：根据自己需求，自定义加载特定路径的加载器。

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性

# 双亲委派模型

上图中展示的层次结构，称之为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其他加载器都应该有自己的父加载器。这里的父子关系不是通过继承来实现的，而是通过设置parent变量来实现的。

双亲委派模型工作过程是：如果收到一个类加载的请求，本身不会先加载此类，而是会先将此请求委派给父类加载器去完成，每个层次都是如此，直到启动类加载器中，只有父类都没有加载此文件，那么子类才会尝试自己去加载。

为什么要设置双亲委派模型呢？其实是为了保证Java程序的稳定运行，例如Object类，它是存放在rt.jar中，无论哪一个类加载器要加载Object类，最终都会委托给顶层的BootStrapClassLoader，所以所有的类中使用的Object都是同一个类，相反如果没有双亲委派模型的话，那么随意一个类加载器都可以定义一个新的Object类，那么应用程序将会变得非常混乱。其实双亲委派模型代码非常简单。实现在ClassLoader中的loadClass方法下。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{ synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // 首先,检查请求类是否被加载过 Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { // 如果没被本类类加载器加载过,先委托给父类进行加载 if (parent != null) { c = parent.loadClass(name, false); } else { // 如果没有父类,则表明在顶层,就交给BootStrap类加载器加载 c = findBootstrapClassOrNull(name); } // 如果最顶层的类也找不到,那么就会抛出ClassNotFoundException异常 } catch (ClassNotFoundException e) {
 } // 如果父类都没有加载过此类,子类才开始加载此类 if (c == null) { c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; }}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { throw new ClassNotFoundException(name);}

我们可以看到findClass方法是需要子类自己去实现的逻辑。

# Tomcat中的类加载器

下面的简图是Tomcat9版本的官方文档给出的Tomcat的类加载器的图。

 Bootstrap | System | Common /  Webapp1 Webapp2 ..

• Bootstrap ：是Java的最高的加载器，用C语言实现，主要用来加载JVM启动时所需要的核心类，例如$JAVA_HOME/jre/lib/ext路径下的类。

• System：会加载CLASSPATH系统变量所定义路径的所有的类。

• Common：会加载Tomcat路径下的lib文件下的所有类。

• Webapp1、Webapp2……：会加载webapp路径下项目中的所有的类。一个项目对应一个WebappClassLoader，这样就实现了应用之间类的隔离了。

这3个部分，在上面的Java双亲委派模型图中都有体现。不过可以看到ExtClassLoader没有画出来，可以理解为是跟bootstrap合并了，都是去JAVA_HOME/jre/lib下面加载类。那么Tomcat为什么要自定义类加载器呢？

• 隔离不同应用：部署在同一个Tomcat中的不同应用A和B，例如A用了Spring2.5。B用了Spring3.5，那么这两个应用如果使用的是同一个类加载器，那么Web应用就会因为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，那么就可以根据修改不同的文件重建不同的类加载器替换原来的。从而不影响其他应用。

• 性能：如果在一个Tomcat部署多个应用，多个应用中都有相同的类库依赖。那么可以把这相同的类库让Common类加载器进行加载。

Tomcat自定义了WebAppClassLoader类加载器。打破了双亲委派的机制，即如果收到类加载的请求，会尝试自己去加载，如果找不到再交给父加载器去加载，目的就是为了优先加载Web应用自己定义的类。我们知道ClassLoader默认的loadClass方法是以双亲委派的模型进行加载类的，那么Tomcat既然要打破这个规则，就要重写loadClass方法，我们可以看WebAppClassLoader类中重写的loadClass方法。

@Overridepublic Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
 synchronized (getClassLoadingLock(name)) { Class<?> clazz = null; // 1. 从本地缓存中查找是否加载过此类 clazz = findLoadedClass0(name); if (clazz != null) { if (log.isDebugEnabled()) log.debug(" Returning class from cache"); if (resolve) resolveClass(clazz); return clazz; }
 // 2. 从AppClassLoader中查找是否加载过此类 clazz = findLoadedClass(name); if (clazz != null) { if (log.isDebugEnabled()) log.debug(" Returning class from cache"); if (resolve) resolveClass(clazz); return clazz; }
 String resourceName = binaryNameToPath(name, false); // 3. 尝试用ExtClassLoader 类加载器加载类,防止Web应用覆盖JRE的核心类 ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader(); boolean tryLoadingFromJavaseLoader; try { 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) { tryLoadingFromJavaseLoader = true; }
 boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true);
 // 4. 判断是否设置了delegate属性,如果设置为true那么就按照双亲委派机制加载类 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 } }
 // 5. 默认是设置delegate是false的,那么就会先用WebAppClassLoader进行加载 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 }
 // 6. 如果此时在WebAppClassLoader没找到类,那么就委托给AppClassLoader去加载 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);}

最后借用Tomcat官网上的话总结：

Web应用默认的类加载顺序是（打破了双亲委派规则）：

1. 先从JVM的BootStrapClassLoader中加载。

2. 加载Web应用下/WEB-INF/classes中的类。

3. 加载Web应用下/WEB-INF/lib/*.jap中的jar包中的类。

4. 加载上面定义的System路径下面的类。

5. 加载上面定义的Common路径下面的类。

如果在配置文件中配置了<Loader delegate="true"/>，那么就是遵循双亲委派规则，加载顺序如下：

1. 先从JVM的BootStrapClassLoader中加载。

2. 加载上面定义的System路径下面的类。

3. 加载上面定义的Common路径下面的类。

4. 加载Web应用下/WEB-INF/classes中的类。

5. 加载Web应用下/WEB-INF/lib/*.jap中的jar包中的类。

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