目錄

• JVM的類加載器
• Tomcat的類加載器
• findClass
  
• loadClass
  

我們經常會遇到ClassNotFound異常，表明JVM在嘗試加載某類時失敗了。

要解決這個異常，你得知道

• 什么是類加載
• JVM如何加載類
• 為什么會出現ClassNotFound

想想Tomcat又是如何加載和管理Web應用下的Servlet呢？
Tomcat正是通過Context組件來加載管理Web應用的，所以今天我會詳細分析Tomcat的類加載機制。但在這之前，我們有必要預習一下JVM的類加載機制，我會先回答一下一開始拋出來的問題，接著再談談Tomcat的類加載器如何打破Java的雙親委托機制。

JVM的類加載器

Java的類加載，就是把字節碼格式.class文件加載到JVM的方法區，并在JVM堆建立一個java.lang.Class對象實例，封裝Java類相關的數據和方法。

Class對象是什么？
可以理解成業務類的模板，JVM根據該模板創建具體業務類對象實例。

JVM并非在啟動時就把所有 .class 文件都加載一遍，而是程序在運行過程中用到該類才去加載。
JVM類加載由類加載器完成，JDK提供一個抽象類ClassLoader：

public abstract class ClassLoader {

    // 每個類加載器都有個父加載器
    private final ClassLoader parent;
    
    public Class<?> loadClass(String name) {
  
// 查找該類是否被加載過
Class<?> c = findLoadedClass(name);

// 若未被加載過
if( c == null ){
  // 【遞歸】委托給父加載器加載
  if (parent != null) {
      c = parent.loadClass(name);
  } else {
      // 若父加載器為空，查找Bootstrap加載器是否加載過了
      c = findBootstrapClassOrNull(name);
  }
}
// 若父加載器未加載成功，調用自己的findClass去加載
if (c == null) {
    c = findClass(name);
}

return c；
    }
    
    protected Class<?> findClass(String name){
       // 1. 根據傳入的類名name，到在特定目錄下去尋找類文件，把.class文件讀入內存
  ...
  
       // 2. 調用defineClass將字節數組轉成Class對象
       return defineClass(buf, off, len)；
    }
    
    // 將字節碼數組解析成一個Class對象，用native方法實現
    protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len){
       ...
    }
}

JVM的類加載器是分層的父子關系，每個類加載器都持有一個parent字段指向父加載器。

• defineClass 工具方法：調用native方法把Java類的字節碼解析成一個Class對象
• findClass 就是找到 .class 文件，可能來自文件系統或網絡，找到后把 .class 文件讀到內存得到字節碼數組，然后調用defineClass方法得到Class對象

loadClass 首先檢查這個類是不是已經被加載過了，如果加載過了直接返回，否則交給父加載器去加載。
這是個遞歸調用，即子加載器持有父加載器引用，當一個類加載器需加載一個Java類時，會先委托父加載器去加載，然后父加載器在自己加載路徑中搜索Java類，當父加載器在自己的加載范圍內找不到時，才會交還給子加載器加載，這就是雙親委托機制。

JDK的類加載器工作原理是一樣的，區別只是加載路徑不同，即findClass查找的路徑不同。
雙親委托機制是為保證一個Java類在JVM的唯一性。假如你手滑寫個與JRE核心類同名類，比如Object，雙親委托機制能保證加載的是JRE里的那個Object類，而不是你寫的Object。
因為AppClassLoader在加載你的Object類時，會委托給ExtClassLoader去加載，而ExtClassLoader又會委托給BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader發現自己已經加載過了Object類，會直接返回，不會去加載你的Object類。

類加載器的父子關系不是通過繼承來實現的，比如AppClassLoader并非ExtClassLoader的子類，只是AppClassLoader的parent指向ExtClassLoader對象。
所以若自定義類加載器，不是去繼承AppClassLoader，而是繼承ClassLoader抽象類，再重寫findClass和loadClass即可。
Tomcat就是通過自定義類加載器實現自己的類加載。
若你要打破雙親委托，也就只需重寫loadClass，因為loadClass的默認實現就是雙親委托機制。

Tomcat的類加載器

Tomcat的自定義類加載器WebAppClassLoader打破了雙親委托機制：
首先自己嘗試去加載某個類，如果找不到再委托給父類加載器，目的是優先加載Web應用自己定義的類。
只需重寫ClassLoader的兩個方法：

findClass

public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    ...
    
    Class<?> clazz = null;
    try {
    //1. 先在Web應用目錄下查找類 
    clazz = findClassInternal(name);
    }  catch (RuntimeException e) {
   throw e;
       }
    
    if (clazz == null) {
    try {
    //2. 如果在本地目錄沒有找到，交給父加載器去查找
    clazz = super.findClass(name);
    }  catch (RuntimeException e) {
   throw e;
       }
    
    //3. 如果父類也沒找到，拋出ClassNotFoundException
    if (clazz == null) {
throw new ClassNotFoundException(name);
     }

    return clazz;
}

工作流程

• 先在Web應用本地目錄下查找要加載的類
• 若未找到，交給父加載器查找，即AppClassLoader
• 若父加載器也沒找到這個類，拋ClassNotFound

loadClass

public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {

    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
 
Class<?> clazz = null;

//1. 先在本地cache查找該類是否已經加載過
clazz = findLoadedClass0(name);
if (clazz != null) {
    if (resolve)
resolveClass(clazz);
    return clazz;
}

//2. 從系統類加載器的cache中查找是否加載過
clazz = findLoadedClass(name);
if (clazz != null) {
    if (resolve)
resolveClass(clazz);
    return clazz;
}

// 3. 嘗試用ExtClassLoader類加載器類加載，為什么？
ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader();
try {
    clazz = javaseLoader.loadClass(name);
    if (clazz != null) {
if (resolve)
    resolveClass(clazz);
return clazz;
    }
} catch (ClassNotFoundException e) {
    // Ignore
}

// 4. 嘗試在本地目錄搜索class并加載
try {
    clazz = findClass(name);
    if (clazz != null) {
if (resolve)
    resolveClass(clazz);
return clazz;
    }
} catch (ClassNotFoundException e) {
    // Ignore
}

// 5. 嘗試用系統類加載器(也就是AppClassLoader)來加載
    try {
clazz = Class.forName(name, false, parent);
if (clazz != null) {
    if (resolve)
resolveClass(clazz);
    return clazz;
}
    } catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
    }
       }
    
    //6. 上述過程都加載失敗，拋出異常
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

工作流程

• 先在本地Cache查找該類是否已加載過
• 即Tomcat的類加載器是否已經加載過這個類。
• 若Tomcat類加載器尚未加載過該類，再看看系統類加載器是否加載過
• 若都沒有，就讓ExtClassLoader加載，為防止Web應用自己的類覆蓋JRE的核心類
• 因為Tomcat需打破雙親委托，假如Web應用里自定義了一個叫Object的類，若先加載該Object類，就會覆蓋JRE的Object類，所以Tomcat類加載器優先嘗試用ExtClassLoader去加載，因為ExtClassLoader會委托給BootstrapClassLoader去加載，BootstrapClassLoader發現自己已經加載了Object類，直接返回給Tomcat的類加載器，這樣Tomcat的類加載器就不會去加載Web應用下的Object類了，避免覆蓋JRE核心類。
• 若ExtClassLoader加載失敗，即JRE無此類，則在本地Web應用目錄下查找并加載
• 若本地目錄下無此類，說明不是Web應用自己定義的類，那么由系統類加載器去加載。這里請你注意，Web應用是通過Class.forName調用交給系統類加載器的，因為Class.forName的默認加載器就是系統類加載器。
• 若上述加載過程都失敗，拋ClassNotFound

可見 Tomcat 類加載器打破了雙親委托，沒有一上來就直接委托給父加載器，而是先在本地目錄下加載。
但為避免本地目錄類覆蓋JRE核心類，會先嘗試用ExtClassLoader加載。
那為何不先用AppClassLoader加載？
若這樣，就又變成雙親委托，這就是Tomcat類加載器的奧妙。

到此這篇關于淺談Tomcat如何打破雙親委托機制的文章就介紹到這了,更多相關Tomcat 雙親委托機制內容請搜索以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持！