Tomcat|Tomcat Catalina为什么不new出来原理解析 TomcatCatalina为什么不new出来原理

一、Catalina为什么不new出来? 掌握了Java的类加载器和双亲委派机制，现在我们就可以回答正题上来了，Tomcat的类加载器是怎么设计的？
1.Web容器的特性
Web容器有其自身的特殊性，所以在类加载器这块是不能完全使用JVM的类加载器的双亲委派机制的。在Web容器中我们应该要满足如下的特性：
隔离性：
部署在同一个Web容器上的两个Web应用程序所使用的Java类库可以实现相互隔离。设想一下，两个Web应用，一个使用了Spring3.0，另一个使用了新的的5.0，应用服务器使用一个类加载器，Web应用将会因为jar包覆盖而无法启动。
【Tomcat|Tomcat Catalina为什么不new出来原理解析】
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灵活性:
Web应用之间的类加载器相互独立，那么就能针对一个Web应用进行重新部署，此时Web应用的类加载器会被重建，而且不会影响其他的Web应用。如果采用一个类加载器，类之间的依赖是杂乱复杂的，无法完全移出某个应用的类。
性能:
性能也是一个比较重要的点。部署在同一个Web容器上的两个Web应用程序所使用的Java类库可以互相共享。这个需求也很常见，例如，用户可能有10个使用Spring框架的应用程序部署在同一台服务器上，如果把10份Spring分别存放在各个应用程序的隔离目录中，将会是很大的资源浪费——这主要倒不是浪费磁盘空间的问题，而是指类库在使用时都要被加载到Web容器的内存，如果类库不能共享，虚拟机的方法区就会很容易出现过度膨胀的风险。
2.Tomcat类加载器结构
明白了Web容器的类加载器有多个，再来看tomcat的类加载器结构。
首先上张图，整体看下tomcat的类加载器：

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可以看到在原先的java类加载器基础上，tomcat新增了几个类加载器，包括3个基础类加载器和每个Web应用的类加载器，其中3个基础类加载器可在conf/catalina.properties中配置，具体介绍下：
Common：
以应用类加载器为父类，是tomcat顶层的公用类加载器，其路径由conf/catalina.properties中的common.loader指定，默认指向${catalina.base}/lib下的包。

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Catalina：
以Common类加载器为父类，是用于加载Tomcat应用服务器的类加载器，其路径由server.loader指定，默认为空，此时tomcat使用Common类加载器加载应用服务器。

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Shared：
以Common类加载器为父类，是所有Web应用的父类加载器，其路径由shared.loader指定，默认为空，此时tomcat使用Common类加载器作为Web应用的父加载器。
Web应用：
以Shared类加载器为父类，加载/WEB-INF/classes目录下的未压缩的Class和资源文件以及/WEB-INF/lib目录下的jar包，该类加载器只对当前Web应用可见，对其他Web应用均不可见。
默认情况下，Common、Catalina、Shared类加载器是同一个，但可以配置3个不同的类加载器，使他们各司其职。
首先，Common类加载器复杂加载Tomcat应用服务器内部和Web应用均可见的类，如Servlet规范相关包和一些通用工具包。
其次，Catalina类加载器负责只有Tomcat应用服务器内部可见的类，这些类对Web应用不可见。比如，想实现自己的会话存储方案，而且该方案依赖了一些第三方包，当然是不希望这些包对Web应用可见，这时可以配置server.load，创建独立的Catalina类加载器。
再次，Shared类复杂加载Web应用共享类，这些类tomcat服务器不会依赖
3.Tomcat源码分析
3.1 CatalinClassLoader 首先来看看Tomcat的类加载器的继承结构

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可以看到继承的结构和我们上面所写的类加载器的结构不同。
大家需要注意双亲委派机制并不是通过继承来实现的，而是相互之间组合而形成的。
所以AppClassLoader没有继承自 ExtClassLoader，WebappClassLoader也没有继承自AppClassLoader。
至于Common ClassLoader ，Shared ClassLoader，Catalina ClassLoader则是在启动时初始化的三个不同名字的URLClassLoader。
先来看看Bootstrap#init()方法。init方法会调用initClassLoaders，同样也会将Catalina ClassLoader设置到当前线程设置到当前线程，进入initClassLoaders来看看。

private void initClassLoaders() {try {// 创建 commonLoadercatalinaLoader sharedLoadercommonLoader = createClassLoader("common", null); if (commonLoader == null) {// no config file, default to this loader - we might be in a 'single' env.commonLoader = this.getClass().getClassLoader(); }// 默认情况下 server.loader 和 shared.loader 都为空则会返回 commonLoader 类加载器catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader); sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader); } catch (Throwable t) {handleThrowable(t); log.error("Class loader creation threw exception", t); System.exit(1); }}

我们可以看到在initClassLoaders()方法中完成了CommonClassLoader， CatalinaClassLoader，和SharedClassLoader的创建，而且进入到createClassLoader方法中。

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可以看到这三个基础类加载器所加载的资源刚好对应conf/catalina.properties中的common.loader，server.loader，shared.loader
3.2 层次结构
Common/Catalina/Shared ClassLoader的创建好了之后就会维护相互之间的组合关系

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其实也就是设置了父加载器
3.3 具体的加载过程源码比较长，直接进入到 WebappClassLoaderBase中的 LoadClass方法

@Overridepublic Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {synchronized (getClassLoadingLock(name)) {if (log.isDebugEnabled()) {log.debug("loadClass(" + name + ", " + resolve + ")"); }Class clazz = null; // Log access to stopped class loadercheckStateForClassLoading(name); // (0) Check our previously loaded local class cache// 检查WebappClassLoader中是否加载过此类clazz = findLoadedClass0(name); if (clazz != null) {if (log.isDebugEnabled()) {log.debug("Returning class from cache"); }if (resolve) {resolveClass(clazz); }return clazz; }// (0.1) Check our previously loaded class cache// 如果第一步没有找到，则继续检查JVM虚拟机中是否加载过该类clazz = findLoadedClass(name); if (clazz != null) {if (log.isDebugEnabled()) {log.debug("Returning class from cache"); }if (resolve) {resolveClass(clazz); }return clazz; }// (0.2) Try loading the class with the bootstrap class loader, to prevent//the webapp from overriding Java SE classes. This implements//SRV.10.7.2// 如果前两步都没有找到，则使用系统类加载该类（也就是当前JVM的ClassPath）。// 为了防止覆盖基础类实现，这里会判断class是不是JVMSE中的基础类库中类。String resourceName = binaryNameToPath(name, false); ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader(); boolean tryLoadingFromJavaseLoader; try {// Use getResource as it won't trigger an expensive// ClassNotFoundException if the resource is not available from// the Java SE class loader. However (see// https://bz.apache.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=58125 for// details) when running under a security manager in rare cases// this call may trigger a ClassCircularityError.// See https://bz.apache.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=61424 for// details of how this may trigger a StackOverflowError// Given these reported errors, catch Throwable to ensure any// other edge cases are also caughtURL url; if (securityManager != null) {PrivilegedAction dp = new PrivilegedJavaseGetResource(resourceName); url = AccessController.doPrivileged(dp); } else {url = javaseLoader.getResource(resourceName); }tryLoadingFromJavaseLoader = (url != null); } catch (Throwable t) {// Swallow all exceptions apart from those that must be re-thrownExceptionUtils.handleThrowable(t); // The getResource() trick won't work for this class. We have to// try loading it directly and accept that we might get a// ClassNotFoundException.tryLoadingFromJavaseLoader = true; }if (tryLoadingFromJavaseLoader) {try {clazz = javaseLoader.loadClass(name); if (clazz != null) {if (resolve) {resolveClass(clazz); }return clazz; }} catch (ClassNotFoundException e) {// Ignore}}// (0.5) Permission to access this class when using a SecurityManagerif (securityManager != null) {int i = name.lastIndexOf('.'); if (i >= 0) {try {securityManager.checkPackageAccess(name.substring(0,i)); } catch (SecurityException se) {String error = sm.getString("webappClassLoader.restrictedPackage", name); log.info(error, se); throw new ClassNotFoundException(error, se); }}}// 检查是否设置了delegate属性，设置为true，那么就会完全按照JVM的"双亲委托"机制流程加载类。boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true); // (1) Delegate to our parent if requestedif (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}}// (2) Search local repositories// 若是没有委托，则默认会首次使用WebappClassLoader来加载类。通过自定义findClass定义处理类加载规则。// findClass()会去Web-INF/classes 目录下查找类。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}// (3) Delegate to parent unconditionally// 若是WebappClassLoader在/WEB-INF/classes、/WEB-INF/lib下还是查找不到class，// 那么无条件强制委托给System、Common类加载器去查找该类。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); }

Web应用类加载器默认的加载顺序是：