图解Tomcat类加载机制(阿里面试题)

Tomcat的类加载机制是违反了双亲委托原则的,对于一些未加载的非基础类(Object,String等),各个web应用自己的类加载器(WebAppClassLoader)会优先加载,加载不到时再交给commonClassLoader走双亲委托。 

对于JVM来说:

因此,按照这个过程可以想到,如果同样在CLASSPATH指定的目录中和自己工作目录中存放相同的class,会优先加载CLASSPATH目录中的文件。

 1、既然 Tomcat 不遵循双亲委派机制,那么如果我自己定义一个恶意的HashMap,会不会有风险呢?(阿里的面试官问)

答: 显然不会有风险,如果有,Tomcat都运行这么多年了,那群Tomcat大神能不改进吗? tomcat不遵循双亲委派机制,只是自定义的classLoader顺序不同,但顶层还是相同的,还是要去顶层请求classloader.

2、我们思考一下:Tomcat是个web容器, 那么它要解决什么问题: 
1. 一个web容器可能需要部署两个应用程序,不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本,不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份,因此要保证每个应用程序的类库都是独立的,保证相互隔离。 
2. 部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则,如果服务器有10个应用程序,那么要有10份相同的类库加载进虚拟机,这是扯淡的。 
3. web容器也有自己依赖的类库,不能于应用程序的类库混淆。基于安全考虑,应该让容器的类库和程序的类库隔离开来。 
4. web容器要支持jsp的修改,我们知道,jsp 文件最终也是要编译成class文件才能在虚拟机中运行,但程序运行后修改jsp已经是司空见惯的事情,否则要你何用? 所以,web容器需要支持 jsp 修改后不用重启。

再看看我们的问题:Tomcat 如果使用默认的类加载机制行不行? 
答案是不行的。为什么?我们看,第一个问题,如果使用默认的类加载器机制,那么是无法加载两个相同类库的不同版本的,默认的累加器是不管你是什么版本的,只在乎你的全限定类名,并且只有一份。第二个问题,默认的类加载器是能够实现的,因为他的职责就是保证唯一性。第三个问题和第一个问题一样。我们再看第四个问题,我们想我们要怎么实现jsp文件的热修改(楼主起的名字),jsp 文件其实也就是class文件,那么如果修改了,但类名还是一样,类加载器会直接取方法区中已经存在的,修改后的jsp是不会重新加载的。那么怎么办呢?我们可以直接卸载掉这jsp文件的类加载器,所以你应该想到了,每个jsp文件对应一个唯一的类加载器,当一个jsp文件修改了,就直接卸载这个jsp类加载器。重新创建类加载器,重新加载jsp文件。

Tomcat 如何实现自己独特的类加载机制?

所以,Tomcat 是怎么实现的呢?牛逼的Tomcat团队已经设计好了。我们看看他们的设计图:

我们看到,前面3个类加载和默认的一致,CommonClassLoader、CatalinaClassLoader、SharedClassLoader和WebappClassLoader则是Tomcat自己定义的类加载器,它们分别加载/common/*/server/*/shared/*(在tomcat 6之后已经合并到根目录下的lib目录下)和/WebApp/WEB-INF/*中的Java类库。其中WebApp类加载器和Jsp类加载器通常会存在多个实例,每一个Web应用程序对应一个WebApp类加载器,每一个JSP文件对应一个Jsp类加载器。

  • commonLoader:Tomcat最基本的类加载器,加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问;
  • catalinaLoader:Tomcat容器私有的类加载器,加载路径中的class对于Webapp不可见;
  • sharedLoader:各个Webapp共享的类加载器,加载路径中的class对于所有Webapp可见,但是对于Tomcat容器不可见;
  • WebappClassLoader:各个Webapp私有的类加载器,加载路径中的class只对当前Webapp可见;

从图中的委派关系中可以看出:

CommonClassLoader能加载的类都可以被Catalina ClassLoader和SharedClassLoader使用,从而实现了公有类库的共用,而CatalinaClassLoader和Shared ClassLoader自己能加载的类则与对方相互隔离。

WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类,但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离。

而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个.Class文件,它出现的目的就是为了被丢弃:当Web容器检测到JSP文件被修改时,会替换掉目前的JasperLoader的实例,并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的HotSwap功能。

好了,至此,我们已经知道了tomcat为什么要这么设计,以及是如何设计的,那么,tomcat 违背了java 推荐的双亲委派模型了吗?答案是:违背了。 我们前面说过:

双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器之外,其余的类加载器都应当由自己的父类加载器加载。

很显然,tomcat 不是这样实现,tomcat 为了实现隔离性,没有遵守这个约定,每个webappClassLoader加载自己的目录下的class文件,不会传递给父类加载器

我们扩展出一个问题:如果tomcat 的 Common ClassLoader 想加载 WebApp ClassLoader 中的类,该怎么办?

看了前面的关于破坏双亲委派模型的内容,我们心里有数了,我们可以使用线程上下文类加载器实现,使用线程上下文加载器,可以让父类加载器请求子类加载器去完成类加载的动作。牛逼吧。

类加载

  在JVM中并不是一次性把所有的文件都加载到,而是一步一步的,按照需要来加载。

  比如JVM启动时,会通过不同的类加载器加载不同的类。当用户在自己的代码中,需要某些额外的类时,再通过加载机制加载到JVM中,并且存放一段时间,便于频繁使用。

  因此使用哪种类加载器、在什么位置加载类都是JVM中重要的知识。

JVM类加载

  JVM类加载采用 父类委托机制,如下图所示:

 JVM中包括集中类加载器:

  1 BootStrapClassLoader 引导类加载器

  2 ExtClassLoader 扩展类加载器

  3 AppClassLoader 应用类加载器

  4 CustomClassLoader 用户自定义类加载器

  他们的区别上面也都有说明。需要注意的是,不同的类加载器加载的类是不同的,因此如果用户加载器1加载的某个类,其他用户并不能够使用。

  当JVM运行过程中,用户需要加载某些类时,会按照下面的步骤(父类委托机制)

  1 用户自己的类加载器,把加载请求传给父加载器,父加载器再传给其父加载器,一直到加载器树的顶层。

  2 最顶层的类加载器首先针对其特定的位置加载,如果加载不到就转交给子类。

  3 如果一直到底层的类加载都没有加载到,那么就会抛出异常ClassNotFoundException。

  因此,按照这个过程可以想到,如果同样在CLASSPATH指定的目录中和自己工作目录中存放相同的class,会优先加载CLASSPATH目录中的文件。

Tomcat类加载

  在tomcat中类的加载稍有不同,如下图:

当tomcat启动时,会创建几种类加载器:

  1 Bootstrap 引导类加载器 

  加载JVM启动所需的类,以及标准扩展类(位于jre/lib/ext下)

  2 System 系统类加载器 

  加载tomcat启动的类,比如bootstrap.jar,通常在catalina.bat或者catalina.sh中指定。位于CATALINA_HOME/bin下。

  3 Common 通用类加载器 

  加载tomcat使用以及应用通用的一些类,位于CATALINA_HOME/lib下,比如servlet-api.jar

  4 webapp 应用类加载器

  每个应用在部署后,都会创建一个唯一的类加载器。该类加载器会加载位于 WEB-INF/lib下的jar文件中的class 和 WEB-INF/classes下的class文件。

  当应用需要到某个类时,则会按照下面的顺序进行类加载

  1 使用bootstrap引导类加载器加载

  2 使用system系统类加载器加载

  3 使用应用类加载器在WEB-INF/classes中加载

  4 使用应用类加载器在WEB-INF/lib中加载

  5 使用common类加载器在CATALINA_HOME/lib中加载

问题扩展

  通过对上面tomcat类加载机制的理解,就不难明白 为什么java文件放在Eclipse中的src文件夹下会优先jar包中的class?

  这是因为Eclipse中的src文件夹中的文件java以及webContent中的JSP都会在tomcat启动时,被编译成class文件放在 WEB-INF/class 中。而Eclipse外部引用的jar包,则相当于放在 WEB-INF/lib 中。

  因此肯定是 java文件或者JSP文件编译出的class优先加载

  通过这样,我们就可以简单的把java文件放置在src文件夹中,通过对该java文件的修改以及调试,便于学习拥有源码java文件、却没有打包成xxx-source的jar包。另外呢,开发者也会因为粗心而犯下面的错误。

  在 CATALINA_HOME/lib 以及 WEB-INF/lib 中放置了 不同版本的jar包,此时就会导致某些情况下报加载不到类的错误。还有如果多个应用使用同一jar包文件,当放置了多份,就可能导致多个应用间出现类加载不到的错误。

参考:

https://www.cnblogs.com/joemsu/p/9310226.html

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