我們經(jīng)常會(huì)遇到ClassNotFound異常，表明JVM在嘗試加載某類(lèi)時(shí)失敗了。

要解決這個(gè)異常，你得知道

• 什么是類(lèi)加載
• JVM如何加載類(lèi)
• 為什么會(huì)出現(xiàn)ClassNotFound

想想Tomcat又是如何加載和管理Web應(yīng)用下的Servlet呢？
Tomcat正是通過(guò)Context組件來(lái)加載管理Web應(yīng)用的，所以今天我會(huì)詳細(xì)分析Tomcat的類(lèi)加載機(jī)制。但在這之前，我們有必要預(yù)習(xí)一下JVM的類(lèi)加載機(jī)制，我會(huì)先回答一下一開(kāi)始拋出來(lái)的問(wèn)題，接著再談?wù)凾omcat的類(lèi)加載器如何打破Java的雙親委托機(jī)制。

JVM的類(lèi)加載器

Java的類(lèi)加載，就是把字節(jié)碼格式.class文件加載到JVM的方法區(qū)，并在JVM堆建立一個(gè)java.lang.Class對(duì)象實(shí)例，封裝Java類(lèi)相關(guān)的數(shù)據(jù)和方法。

Class對(duì)象是什么？
可以理解成業(yè)務(wù)類(lèi)的模板，JVM根據(jù)該模板創(chuàng)建具體業(yè)務(wù)類(lèi)對(duì)象實(shí)例。

JVM并非在啟動(dòng)時(shí)就把所有 .class 文件都加載一遍，而是程序在運(yùn)行過(guò)程中用到該類(lèi)才去加載。
JVM類(lèi)加載由類(lèi)加載器完成，JDK提供一個(gè)抽象類(lèi)ClassLoader：

public abstract class ClassLoader {

    // 每個(gè)類(lèi)加載器都有個(gè)父加載器
    private final ClassLoader parent;
    
    public Class<?> loadClass(String name) {
  
        // 查找該類(lèi)是否被加載過(guò)
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        
        // 若未被加載過(guò)
        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(guò)了
              c = findBootstrapClassOrNull(name);
          }
        }
        // 若父加載器未加載成功，調(diào)用自己的findClass去加載
        if (c == null) {
            c = findClass(name);
        }
        
        return c；
    }
    
    protected Class<?> findClass(String name){
       // 1. 根據(jù)傳入的類(lèi)名name，到在特定目錄下去尋找類(lèi)文件，把.class文件讀入內(nèi)存
          ...
          
       // 2. 調(diào)用defineClass將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)成Class對(duì)象
       return defineClass(buf, off, len)；
    }
    
    // 將字節(jié)碼數(shù)組解析成一個(gè)Class對(duì)象，用native方法實(shí)現(xiàn)
    protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len){
       ...
    }
}

JVM的類(lèi)加載器是分層的父子關(guān)系，每個(gè)類(lèi)加載器都持有一個(gè)parent字段指向父加載器。

• defineClass 工具方法：調(diào)用native方法把Java類(lèi)的字節(jié)碼解析成一個(gè)Class對(duì)象
• findClass 就是找到 .class 文件，可能來(lái)自文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，找到后把 .class 文件讀到內(nèi)存得到字節(jié)碼數(shù)組，然后調(diào)用defineClass方法得到Class對(duì)象

loadClass 首先檢查這個(gè)類(lèi)是不是已經(jīng)被加載過(guò)了，如果加載過(guò)了直接返回，否則交給父加載器去加載。
這是個(gè)遞歸調(diào)用，即子加載器持有父加載器引用，當(dāng)一個(gè)類(lèi)加載器需加載一個(gè)Java類(lèi)時(shí)，會(huì)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(lèi)，當(dāng)父加載器在自己的加載范圍內(nèi)找不到時(shí)，才會(huì)交還給子加載器加載，這就是雙親委托機(jī)制。

JDK的類(lèi)加載器工作原理是一樣的，區(qū)別只是加載路徑不同，即findClass查找的路徑不同。
雙親委托機(jī)制是為保證一個(gè)Java類(lèi)在JVM的唯一性。假如你手滑寫(xiě)個(gè)與JRE核心類(lèi)同名類(lèi)，比如Object，雙親委托機(jī)制能保證加載的是JRE里的那個(gè)Object類(lèi)，而不是你寫(xiě)的Object。
因?yàn)锳ppClassLoader在加載你的Object類(lèi)時(shí)，會(huì)委托給ExtClassLoader去加載，而ExtClassLoader又會(huì)委托給BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)加載過(guò)了Object類(lèi)，會(huì)直接返回，不會(huì)去加載你的Object類(lèi)。

類(lèi)加載器的父子關(guān)系不是通過(guò)繼承來(lái)實(shí)現(xiàn)的，比如AppClassLoader并非ExtClassLoader的子類(lèi)，只是AppClassLoader的parent指向ExtClassLoader對(duì)象。
所以若自定義類(lèi)加載器，不是去繼承AppClassLoader，而是繼承ClassLoader抽象類(lèi)，再重寫(xiě)findClass和loadClass即可。
Tomcat就是通過(guò)自定義類(lèi)加載器實(shí)現(xiàn)自己的類(lèi)加載。
若你要打破雙親委托，也就只需重寫(xiě)loadClass，因?yàn)閘oadClass的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)就是雙親委托機(jī)制。

Tomcat的類(lèi)加載器

Tomcat的自定義類(lèi)加載器WebAppClassLoader打破了雙親委托機(jī)制：
首先自己嘗試去加載某個(gè)類(lèi)，如果找不到再委托給父類(lèi)加載器，目的是優(yōu)先加載Web應(yīng)用自己定義的類(lèi)。
只需重寫(xiě)ClassLoader的兩個(gè)方法：

findClass

public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    ...
    
    Class<?> clazz = null;
    try {
            //1. 先在Web應(yīng)用目錄下查找類(lèi) 
            clazz = findClassInternal(name);
    }  catch (RuntimeException e) {
           throw e;
       }
    
    if (clazz == null) {
    try {
            //2. 如果在本地目錄沒(méi)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(lèi)也沒(méi)找到，拋出ClassNotFoundException
    if (clazz == null) {
        throw new ClassNotFoundException(name);
     }

    return clazz;
}

工作流程

• 先在Web應(yīng)用本地目錄下查找要加載的類(lèi)
• 若未找到，交給父加載器查找，即AppClassLoader
• 若父加載器也沒(méi)找到這個(gè)類(lèi)，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(lèi)是否已經(jīng)加載過(guò)
        clazz = findLoadedClass0(name);
        if (clazz != null) {
            if (resolve)
                resolveClass(clazz);
            return clazz;
        }

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

        // 3. 嘗試用ExtClassLoader類(lèi)加載器類(lèi)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(tǒng)類(lèi)加載器(也就是AppClassLoader)來(lái)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(guò)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(lèi)是否已加載過(guò)
• 即Tomcat的類(lèi)加載器是否已經(jīng)加載過(guò)這個(gè)類(lèi)。
• 若Tomcat類(lèi)加載器尚未加載過(guò)該類(lèi)，再看看系統(tǒng)類(lèi)加載器是否加載過(guò)
• 若都沒(méi)有，就讓ExtClassLoader加載，為防止Web應(yīng)用自己的類(lèi)覆蓋JRE的核心類(lèi)
• 因?yàn)門(mén)omcat需打破雙親委托，假如Web應(yīng)用里自定義了一個(gè)叫Object的類(lèi)，若先加載該Object類(lèi)，就會(huì)覆蓋JRE的Object類(lèi)，所以Tomcat類(lèi)加載器優(yōu)先嘗試用ExtClassLoader去加載，因?yàn)镋xtClassLoader會(huì)委托給BootstrapClassLoader去加載，BootstrapClassLoader發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)加載了Object類(lèi)，直接返回給Tomcat的類(lèi)加載器，這樣Tomcat的類(lèi)加載器就不會(huì)去加載Web應(yīng)用下的Object類(lèi)了，避免覆蓋JRE核心類(lèi)。
• 若ExtClassLoader加載失敗，即JRE無(wú)此類(lèi)，則在本地Web應(yīng)用目錄下查找并加載
• 若本地目錄下無(wú)此類(lèi)，說(shuō)明不是Web應(yīng)用自己定義的類(lèi)，那么由系統(tǒng)類(lèi)加載器去加載。這里請(qǐng)你注意，Web應(yīng)用是通過(guò)Class.forName調(diào)用交給系統(tǒng)類(lèi)加載器的，因?yàn)镃lass.forName的默認(rèn)加載器就是系統(tǒng)類(lèi)加載器。
• 若上述加載過(guò)程都失敗，拋ClassNotFound

可見(jiàn) Tomcat 類(lèi)加載器打破了雙親委托，沒(méi)有一上來(lái)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(lèi)覆蓋JRE核心類(lèi)，會(huì)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(lèi)加載器的奧妙。

到此這篇關(guān)于淺談Tomcat如何打破雙親委托機(jī)制的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Tomcat 雙親委托機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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