Tomcat類加載機制

類加載機制概述

與很多服務器應用一樣，Tomcat 也安裝了各種類加載器（那就是實現了 java.lang.ClassLoader 的類）。借助類加載器，容器的不同部分以及運行在容器上的 Web 應用就可以訪問不同的倉庫（保存著可使用的類和資源）。這個機制實現了 Servlet 規范 2.4 版（尤其是 9.4 節和 9.6 節）里所定義的功能。

在 Java 環境中，類加載器的布局結構是一種父子樹的形式。通常，類加載器被請求加載一個特定的類或資源時，它會先把這一請求委托給它的父類加載器，只有（一個或多個）父類加載器無法找到請求的類或資源時，它才開始查看自身的倉庫。注意，Web 應用的類加載器模式跟這個稍有不同，下文將詳細介紹，但基本原理是一樣。

當 Tomcat 啟動后，它就會創建一組類加載器，這些類加載器被布局成如下圖所示這種父子關系，父類加載器在子類加載器之上：

      Bootstrap

          |

       System

          |

       Common-

       /     \

  Webapp1   Webapp2 ...

接下來，通過幾節內容來詳細說明每一個類加載器的特點，其中還將講解這些加載器可使用的類和資源的來源。

類加載器定義

如上圖所示，Tomcat 在初始化時會創建如下這些類加載器：

• Bootstrap 這種類加載器包含 JVM 所提供的基本的運行時類，以及來自系統擴展目錄（$JAVA_HOME/jre/lib/ext）里 JAR 文件中的類。注意：在有些 JVM 的實現中，它的作用不僅僅是類加載器，或者它可能根本不可見（作為類加載器）。
• System 這種類加載器通常是根據 CLASSPATH 環境變量內容進行初始化的。所有的這些類對于 Tomcat 內部類以及 Web 應用來說都是可見的。不過，標準的 Tomcat 啟動腳本（$CATALINA_HOME/bin/catalina.sh 或 %CATALINA_HOME%\bin\catalina.bat）完全忽略了 CLASSPATH 環境變量自身的內容，相反從下列倉庫來構建系統類加載器：
• $CATALINA_HOME/bin/bootstrap.jar 包含用來初始化 Tomcat 服務器的 main() 方法，以及它所依賴的類加載器實現類
• $CATALINA_BASE/bin/tomcat-juli.jar 或 $CATALINA_HOME/bin/tomcat-juli.jar 日志實現類。其中包括了對 java.util.logging API 的功能增強類（Tomcat JULI），以及對 Tomcat 內部使用的 Apache Commons 日志庫的包重命名副本。詳情參看 Tomcat 日志文檔。

如果 *$CATALINA_BASE/bin*?中存在 `tomcat-juli.jar`，
就不會使用 *$CATALINA_HOME/bin*?中的那一個。它有助于日志的特定配置。 ??

• $CATALINA_HOME/bin/commons-daemon.jar Apache Commons Daemon 項目的類。該 JAR 文件并不存在于由 catalina.bat 或 catalina.sh 腳本所創建的 CLASSPATH 中，而是引用自 bootstrap.jar 的清單文件。
• Common 這種類加載器包含更多的額外類，它們對于Tomcat 內部類以及所有 Web 應用都是可見的。

通常，應用類不會放在這里。該類加載器所搜索的位置定義在 $CATALINA_BASE/conf/catalina.properties 的 common.loader 屬性中。默認的設置會搜索下列位置（按照列表中的上下順序）。

• $CATALINA_BASE/lib 中的解包的類和資源
• $CATALINA_BASE/lib 中的 JAR 文件。
• $CATALINA_HOME/lib 中的解包類和資源
• $CATALINA_HOME/lib 中的 JAR 文件。

默認，它包含以下這些內容：

• annotations-api.jar JavaEE 注釋類。
• catalina.jar Tomcat 的 Catalina servlet 容器部分的實現。
• catalina-ant.jar Tomcat Catalina Ant 任務。
• catalina-ha.jar 高可用性包。
• catalina-storeconfig.jar
• catalina-tribes.jar 組通信包
• ecj-*.jar Eclipse JDT Java 編譯器
• el-api.jar EL 3.0 API
• jasper.jar Tomcat Jasper JSP 編譯器與運行時
• jasper-el.jar Tomcat Jasper EL 實現
• jsp-api.jar JSP 2.3 API
• servlet-api.jar Servlet 3.1 API
• tomcat-api.jar Tomcat 定義的一些接口
• tomcat-coyote.jar Tomcat 連接器與工具類。
• tomcat-dbcp.jar 數據庫連接池實現，基于 Apache Commons Pool 的包重命名副本和 Apache Commons DBCP。
• tomcat-i18n-**.jar 包含其他語言資源束的可選 JAR。因為默認的資源束也可以包含在每個單獨的 JAR 文件中，所以如果不需要國際化信息，可以將其安全地移除。
• tomcat-jdbc.jar 一個數據庫連接池替代實現，又被稱作 Tomcat JDBC 池。詳情參看JDBC 連接池文檔。
• tomcat-util.jar Apache Tomcat 多種組件所使用的常用類。
• tomcat-websocket.jar WebSocket 1.1 實現
• websocket-api.jar WebSocket 1.1 API
• WebappX 為每個部署在單個 Tomcat 實例中的 Web 應用創建的類加載器。你的 Web 應用的 /WEB-INF/classes 目錄中所有的解包類及資源，以及 /WEB-INF/lib 目錄下 JAR 文件中的所有類及資源，對于該應用而言都是可見的，但對于其他應用來說則不可見。

如上所述，Web 應用類加載器背離了默認的 Java 委托模式（根據 Servlet 規范 2.4 版的 9.7.2 Web Application Classloader一節中提供的建議）。當某個請求想從 Web 應用的 WebappX 類加載器中加載類時，該類加載器會先查看自己的倉庫，而不是預先進行委托處理。There are exceptions。JRE 基類的部分類不能被重寫。對于一些類（比如 J2SE 1.4+ 的 XML 解析器組件），可以使用 J2SE 1.4 支持的特性。最后，類加載器會顯式地忽略所有包含 Servlet API 類的 JAR 文件，所以不要在 Web 應用包含任何這樣的 JAR 文件。Tomcat 其他的類加載器則遵循常用的委托模式。

因此，從 Web 應用的角度來看，加載類或資源時，要查看的倉庫及其順序如下：

• JVM 的 Bootstrap 類
• Web 應用的 /WEB-INF/classes 類
• Web 應用的 /WEB-INF/lib/*.jar 類
• System 類加載器的類（如上所述）
• Common 類加載器的類（如上所述）

如果 Web 應用類加載器配置有 ，則順序變為：

• JVM 的 Bootstrap 類
• System 類加載器的類（如上所述）
• Common 類加載器的類（如上所述）
• Web 應用的 /WEB-INF/classes 類
• Web 應用的 /WEB-INF/lib/*.jar 類

XML解析器和 Java

從 Java 1.4 版起，JRE 就包含了一個 JAXP API 的副本和一個 XML 解析器。這對希望使用自己的 XML 解析器的應用產生了一定的影響。

在過去的 Tomcat 中，你只需在 Tomcat 庫中簡單地換掉 XML 解析器，就能改變所有 Web 應用使用的解析器。但對于現在版本的 Java 而言，這一技術并沒有效果，因為通常的類加載器委托進程往往會優先選擇 JDK 內部的實現。

Java 支持一種叫做“授權標準覆蓋機制”，從而能夠替換在 JCP 之外創建的 API（例如 W3C 的 DOM 和 SAX）。它還可以用于更新 XML 解析器實現。關于此機制的詳情，請參看 http://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/standards/index.html為了利用該機制，Tomcat 在啟動容器的命令行中包含了系統屬性設置 -Djava.endorsed.dirs=$JAVA_ENDORSED_DIRS。該選項的默認值為 $CATALINA_HOME/endorsed。但要注意，這個 endorsed 目錄并非默認創建的。

安全管理器下運行

當在安全管理器下運行時，類被允許加載的位置也是基于策略文件中的內容，詳情可查看 安全管理器文檔。