Tomcat打破雙親委派機制實現隔離Web應用的方法

Tomcat通過自定義類加載器WebAppClassLoader打破雙親委派，即重寫瞭JVM的類加載器ClassLoader的findClass方法和loadClass方法，以優先加載Web應用目錄下的類。

Tomcat負責加載我們的Servlet類、加載Servlet所依賴的JAR包。Tomcat本身也是個Java程序，因此它需要加載自己的類和依賴的JAR包。

若在Tomcat運行兩個Web應用程序，它們有功能不同的同名Servlet，Tomcat需同時加載和管理這兩個同名的Servlet類，保證它們不會沖突。所以Web應用之間的類需要隔離

若兩個Web應用都依賴同一三方jar，比如Spring，則Spring jar被加載到內存後，Tomcat要保證這兩個Web應用能共享之，即Spring jar隻被加載一次，否則隨著三方jar增多，JVM的內存會占用過大。
所以，和 JVM 一樣，需要隔離Tomcat本身的類和Web應用的類。

Tomcat類加載器的層次結構

Tomcat的類加載器層次結構

前三個是加載器實例名，不是類名。

WebAppClassLoader

若使用JVM默認的AppClassLoader加載Web應用，AppClassLoader隻能加載一個Servlet類，在加載第二個同名Servlet類時，AppClassLoader會返回第一個Servlet類的Class實例。
因為在AppClassLoader眼裡，同名Servlet類隻能被加載一次。

於是，Tomcat自定義瞭一個類加載器WebAppClassLoader， 並為每個Web應用創建一個WebAppClassLoader實例。

每個Web應用自己的Java類和依賴的JAR包，分別放在WEB-INF/classes和WEB-INF/lib目錄下，都是WebAppClassLoader加載的。

Context容器組件對應一個Web應用，因此，每個Context容器創建和維護一個WebAppClassLoader加載器實例。
不同加載器實例加載的類被認為是不同的類，即使類名相同。這就相當於在JVM內部創建相互隔離的Java類空間，每個Web應用都有自己的類空間，Web應用之間通過各自的類加載器互相隔離。

SharedClassLoader

兩個Web應用之間怎麼共享庫類，並且不能重復加載相同的類？

雙親委派機制的各子加載器都能通過父加載器去加載類，於是考慮把需共享的類放到父加載器的加載路徑。

應用程序即是通過該方式共享JRE核心類。
Tomcat搞瞭個類加載器SharedClassLoader，作為WebAppClassLoader的父加載器，以加載Web應用之間共享的類。

若WebAppClassLoader未加載到某類，就委托父加載器SharedClassLoader去加載該類，SharedClassLoader會在指定目錄下加載共享類，之後返回給WebAppClassLoader，即可解決共享問題。

CatalinaClassLoader

如何隔離Tomcat本身的類和Web應用的類？

兄弟關系：兩個類加載器是平行的，它們可能擁有同一父加載器，但兩個兄弟類加載器加載的類是隔離的。

於是，Tomcat搞瞭CatalinaClassLoader，專門加載Tomcat自身的類。

問題是，當Tomcat和各Web應用之間需要共享一些類時該怎麼辦？

CommonClassLoader

共享依舊靠父子關系。
再增加個CommonClassLoader，作為CatalinaClassLoader和SharedClassLoader的父加載器。

CommonClassLoader能加載的類都可被CatalinaClassLoader、SharedClassLoader 使用，而CatalinaClassLoader和SharedClassLoader能加載的類則與對方相互隔離。WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加載到的類，但各個WebAppClassLoader實例之間相互隔離。

Spring的加載問題

JVM默認情況下，若一個類由類加載器A加載，則該類的依賴類也由相同的類加載器加載。
比如Spring作為一個Bean工廠，它需要創建業務類的實例，並且在創建業務類實例之前需要加載這些類。Spring是通過調用Class.forName來加載業務類的，我們來看一下forName的源碼：

public static Class<?> forName(String className) {
    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
    return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
}

會使用調用者，即Spring的加載器去加載業務類。

Web應用之間共享的jar可交給SharedClassLoader加載，以避免重復加載。Spring作為共享的三方jar，本身由SharedClassLoader加載，Spring又要去加載業務類，按照前面那條規則，加載Spring的類加載器也會用來加載業務類，但是業務類在Web應用目錄下，不在SharedClassLoader的加載路徑下，這該怎麼辦呢？

線程上下文加載器

於是有瞭線程上下文加載器，一種類加載器傳遞機制。因為該類加載器保存在線程私有數據裡，隻要是同一個線程，一旦設置瞭線程上下文加載器，在線程後續執行過程中就能把這個類加載器取出來用。因此Tomcat為每個Web應用創建一個WebAppClassLoader類加載器，並在啟動Web應用的線程裡設置線程上下文加載器，這樣Spring在啟動時就將線程上下文加載器取出來，用來加載Bean。Spring取線程上下文加載的代碼如下：

cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

在StandardContext的啟動方法，會將當前線程的上下文加載器設置為WebAppClassLoader。

啟動方法結束時，會恢復線程的上下文加載器：

Thread.currentThread().setContextClassLoader(originalClassLoader);

這是為什麼呢？

線程上下文加載器其實是線程的一個私有數據，跟線程綁定，這個線程完成啟動Context組件後，會被回收到線程池，之後被用來做其他事情，為瞭不影響其他事情，需恢復之前的線程上下文加載器。
優先加載web應用的類，當加載完瞭再改回原來的。

線程上下文的加載器就是指定子類加載器來加載具體的某個橋接類，比如JDBC的Driver的加載。

總結

Tomcat的Context組件為每個Web應用創建一個WebAppClassLoader類加載器，由於不同類加載器實例加載的類是互相隔離的，因此達到瞭隔離Web應用的目的，同時通過CommonClassLoader等父加載器來共享第三方JAR包。而共享的第三方JAR包怎麼加載特定Web應用的類呢？可以通過設置線程上下文加載器來解決。

多個應用共享的Java類文件和JAR包，分別放在Web容器指定的共享目錄：

CommonClassLoader
對應 <Tomcat>/common/*

CatalinaClassLoader
對應 <Tomcat >/server/*

SharedClassLoader
對應 <Tomcat >/shared/*

WebAppClassloader
對應 <Tomcat >/webapps/<app>/WEB-INF/*

可以在Tomcat conf目錄下的Catalina.properties文件裡配置各種類加載器的加載路徑。

當出現ClassNotFound錯誤時，應該檢查你的類加載器是否正確。
線程上下文加載器不僅僅可以用在Tomcat和Spring類加載的場景裡，核心框架類需要加載具體實現類時都可以用到它，比如我們熟悉的JDBC就是通過上下文類加載器來加載不同的數據庫驅動的。

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