Tomcat是一个经典的web server,学习tomcat的源码对于我们是有很大的帮助的。前一段时间了解了tomcat的工作的大致流程,对我的新工作有了很大的帮助。刚学习了ClassLoader(学习classloader的初衷源于公司产品的一个bug),也将我对classloaderp写成了一篇博客。为了对ClassLoader有更多的理解,现在就来看看Tomcat 6 的ClassLoader设计。

之前通过对tomcat的启动过程、tomcat处理request的过程进行简单的了解,了解tomcat的各个组件及其功能。在这两个过程中,都有ClassLoader的影子,所以今天依旧从这两个方面入手,来了解Tomcat 如何使用ClassLoader。

StandardClassLoader

Bootstrap.main()方法简单点说就是执行4个方法:init , setAwait, load, start。

init

public void init()
throws Exception
{ // Set Catalina path
setCatalinaHome();
setCatalinaBase(); initClassLoaders(); Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader); SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader); // Load our startup class and call its process() method
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Loading startup class");
Class startupClass =
catalinaLoader.loadClass
("org.apache.catalina.startup.Catalina");
Object startupInstance = startupClass.newInstance(); // Set the shared extensions class loader
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Setting startup class properties");
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; }

在init方法中调用首先initClassLoader方法来初始化Tomcat的ClassLoader模块,然后是使用刚自定义类加载器加载catalinaLoader 来加载org.apache.catalina.startup.Catalina 类。接下来是调用Catalina中的setParentClassLoader方法。

那就看看initClassLoader中将Tomcat的ClassLoader模块初始化成什么样子的:

private void initClassLoaders() {
try {
commonLoader = createClassLoader("common", null);
if( commonLoader == null ) {
// no config file, default to this loader - we might be in a 'single' env.
commonLoader=this.getClass().getClassLoader();
}
catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
} catch (Throwable t) {
log.error("Class loader creation threw exception", t);
System.exit(1);
}
}

这里其实就是创建了3个ClassLoader,分别是commonLoader, catalinaLoader, sharedLoader。而其实它们之间是有这某种关系的:

private ClassLoader createClassLoader(String name, ClassLoader parent)
throws Exception {
String value = CatalinaProperties.getProperty(name + ".loader");
if ((value == null) || (value.equals("")))
return parent;
// some statement
ClassLoader classLoader = ClassLoaderFactory.createClassLoader
(locations, types, parent);
// some statement
}

也就是说启动过程初始化后的ClassLoader模型为:

其中顶部的3个classLoader对象都由JDK提供的。commonLoader, catalinaLoader, sharedLoader它们三个有一个共同的名字:StandardClassLoader。

bootstrapClassLoader是加载java_home/jre/lib目录下的个别jar包(不是全部)

extClassLoader是加载java_home/jre/lib/ext目录下的jar包

AppClassLoader是加载classpath中指定的jar包

在catalina.properties文件中则指出了这3个ClassLoader默认的加载路径。

common.loader=${catalina.home}/lib,${catalina.home}/lib/*.jar
server.loader=
shared.loader=

这个文件是在jar包中的,在使用tomcat时是不可以修改的。如果想要修改默认的加载路径,该怎么办呢?可以在catalina.config配置

想要了解是什么原因,可以参考CatalinaProperties类的实现。

上面说了Bootstrap的main方法中其实就是调用了4个方法init,setAwait, start, load,除了init外,另外3个方法其实就是调用Catalina对象的对应的setAwait,start, load方法。

从init方法的实现中,可以知道,在Bootstrap类中,除了Catalina类是由catalinaClassLoader加载的之外,其余的类都是JDK提供的ClassLoader加载的。也就是说根据上节学习的内容,Catalina类在当前类Bootstrap类中是不能直接调用的。然而这里又要调用Catalina中的方法,我在上节的测试中,采取的是另外启动一个线程来解决的。今天就来看看Tomcat中如何解决这样的应用场景的:

1)init中调用Catalina的setParentClassLoader方法

Object startupInstance = startupClass.newInstance();

        // Set the shared extensions class loader
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Setting startup class properties");
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);

2) setAwait中调用catalina的setAwait方法

public void setAwait(boolean await)
throws Exception { Class paramTypes[] = new Class[1];
paramTypes[0] = Boolean.TYPE;
Object paramValues[] = new Object[1];
paramValues[0] = new Boolean(await);
Method method =
catalinaDaemon.getClass().getMethod("setAwait", paramTypes);
method.invoke(catalinaDaemon, paramValues); }

3)start调用catalina的start方法

public void start()
throws Exception {
if( catalinaDaemon==null ) init(); Method method = catalinaDaemon.getClass().getMethod("start", (Class [] )null);
method.invoke(catalinaDaemon, (Object [])null); }

4)load调用catalina的load方法

private void load(String[] arguments)
throws Exception { // Call the load() method
String methodName = "load";
Object param[];
Class paramTypes[];
if (arguments==null || arguments.length==0) {
paramTypes = null;
param = null;
} else {
paramTypes = new Class[1];
paramTypes[0] = arguments.getClass();
param = new Object[1];
param[0] = arguments;
}
Method method =
catalinaDaemon.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Calling startup class " + method);
method.invoke(catalinaDaemon, param); }

它们都是使用反射来处理。

现在看来,要解决由不同classLoader加载器加载的类之前的方法调用,就有2种处理方案了:

方案一:另启动一个线程

方案二:使用反射。

Catalina是由catalinaClassLoader加载的,Tomcat启动过程会将Tomcat的相关组件加载并初始化,而这些过程的入口都在Catalina中。所以呢Tomcat中绝在部分组件应当都是由catalinaClassLoader加载的。这句话说的可能有些满,不过呢,我这么说也是有原因的:

在init方法中有这么一个过程:SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);

下面来看看这个过程的真面目:

public static void securityClassLoad(ClassLoader loader)
throws Exception { if( System.getSecurityManager() == null ){
return;
} loadCorePackage(loader);
loadLoaderPackage(loader);
loadServletsPackage(loader);
loadSessionPackage(loader);
loadUtilPackage(loader);
loadJavaxPackage(loader);
loadCoyotePackage(loader);
loadHttp11Package(loader);
loadTomcatPackage(loader);
} private final static void loadCorePackage(ClassLoader loader)
throws Exception {
String basePackage = "org.apache.catalina.";
loader.loadClass
(basePackage +
"core.ApplicationContextFacade$1");
loader.loadClass
(basePackage +
"core.ApplicationDispatcher$PrivilegedForward");
loader.loadClass
(basePackage +
"core.ApplicationDispatcher$PrivilegedInclude");
loader.loadClass
(basePackage +
"core.ContainerBase$PrivilegedAddChild");
loader.loadClass
(basePackage +
"core.StandardWrapper$1");
loader.loadClass
(basePackage +
"core.ApplicationHttpRequest$AttributeNamesEnumerator");
}

securityClassLoad(ClassLoader loader)采用了门面(facade)模式来加载各个类。这里只列出了loadCorePackage的实现。其它方法的实现与这个是完全一样的。所以上面 我才说Tomcat中绝在部分组件应当都是由catalinaClassLoader加载的。

同时根据这个方法,也可以看出,要加载内部类,要用外部类与内部类类名之间加上$

===============================================================================

WebappClassLoader

上面说的其实就是Tomcat中的StandardClassLoader,Tomcat中还有一种WebappClassLoader。根据名字就可以看出来,这个ClassLoader是用于加载各个Web Application而设计的。Tomcat的各个组件中与Web Application有对应关系的,也就是StandardContext。为何这么说呢?我们在Web应用中使用的ServletConext(Java EE的标准API)在Tomcat中由ApplicationContext来实现,而ApplicationContext其实就是StandardContext的委托。

这个Classloader是用于加载web应用程序中的类。这个类以后会有专门了解一下。

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