本文是Tomcat源码阅读系列的第六篇文章，本系列前五篇文章如下：
Tomcat源码阅读系列（一）使用IntelliJ IDEA运行Tomcat6源码
Tomcat源码阅读系列（二）Tomcat总体架构
Tomcat源码阅读系列（三）启动和关闭过程
Tomcat源码阅读系列（四）Connector连接器
Tomcat源码阅读系列（五）Catalina容器
本文主要介绍Tomcat的类加载器。
关于Java的类加载器的介绍，大家可以Google一下，网上关于其介绍比较多且比较详细，本文就不再重复介绍，本文主要介绍Tomcat的类加载器。关于Tomcat的类加载器可以分为两部分，第一个是Tomcat自身所使用的类加载器，这个是Tomcat服务器专用的，用于加载Tomcat服务器本身的class。另外一个就是WEB应用程序用的，每一个web应用程序都有自己专用的WebappClassLoader，用于加载属于自己应用程序的资源，例如/web-inf/lib下面的jar包，classes里面的class文件。下面分别介绍这Tomcat类加载器的创建和WebappClassLoader的特殊之处。
1 Tomcat类加载器的创建
说道Tomcat类加载的创建，还是从Bootstrap说起，Bootstrap#init()方法会调用initClassLoaders方法创建3个ClassLoader,它们分别是commonLoader,catalinaLoader,sharedLoader，其中catalinaLoader,sharedLoader的父亲加载器是commonLoader，initClassLoaders执行的过程中会执行createClassLoader，而createClassLoader是根据conf/catalina.properties文件中common.loader，server.loader，shared.loader的值来初始化，它的代码如下：
private ClassLoader createClassLoader(String name, ClassLoader parent)
throws Exception {
String value = CatalinaProperties.getProperty(name + ".loader");
//判断如果catalina.properties中没有配置对应的loader属性的话，直接返回父加载器，而默认情况下，
//server.loader,shared.loader为空，那么此时的catalinaLoader,sharedLoader其实是同一个ClassLoader.
if ((value == null) || (value.equals("")))
return parent;
//....................
//根据环境变量的配置替换字符串中的值.默认情况下，common.loader的值为
//common.loader=${catalina.base}/lib,${catalina.base}/lib/.jar,${catalina.home}/lib,${catalina.home}/lib/.jar
//最终创建了org.apache.catalina.loader.StandardClassLoader实例
ClassLoader classLoader = ClassLoaderFactory.createClassLoader
(locations, types, parent);
// ....................
}
这里就可以看到创建了commonLoader，catalinaLoader与sharedLoader，而且可以很清楚的看到他们之间的双亲结构。上面分析了Tomcat在启动的时候，初始化的几个ClassLoader，接下来我们再来继续看看，commonLoader,catalinaLoader,sharedLoader具体都用在什么地方。
commonLoader
根据程序可知commonLoader除了在initClassLoaders处使用，在其他地方，并没有使用。
catalinaLoader和sharedLoader
public void init() throws Exception{
//..............
//设置setContextClassLoader为catalinaLoader 设置当前线程classLoader
Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);
//设置securityClassLoad为catalinaLoader
SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);
// Load our startup class and call its process() method
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Loading startup class");
//catalinaLoader在这里使用
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];
//注意！！注意！！ 这里将Catalina的ParentClassLoader设置为sharedLoader
//调用刚刚创建的org.apache.catalina.startup.Catalina对象的setParentClassLoader设置classLoader，shareloader
paramValues[0] = sharedLoader;
Method method =
startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
method.invoke(startupInstance, paramValues);
catalinaDaemon = startupInstance;//将这个启动的实例保存起来，这里引用的是catalina的类型的对象
}通过上面的代码，我们可以清楚的看到调用了Catalina的setParentClassLoader放，那么到这里我们可能又要想知道，设置了parentClassLoader以后，sharedLoader又是在哪里使用的呢？
我们查找Catalina.parentClassLoader的引用，发现在createStartDigester()方法中引用了parentClassLoader，并有注释，
// When the 'engine' is found, set the parentClassLoader.当发现engine时，将其设置为parentClassLoader
digester.addRule("Server/Service/Engine",
new SetParentClassLoaderRule(parentClassLoader));按图索骥，我们找到SetParentClassLoaderRule类，如下：
final class SetParentClassLoaderRule extends Rule {
public SetParentClassLoaderRule(ClassLoader parentClassLoader) {
this.parentClassLoader = parentClassLoader;
}
ClassLoader parentClassLoader = null;
public void begin(String namespace, String name, Attributes attributes)
throws Exception {
if (digester.getLogger().isDebugEnabled())
digester.getLogger().debug("Setting parent class loader");
Container top = (Container) digester.peek();
//由Server/Service/Engine的配置可以看出，出现StandardEngine时，将其parentClassLoader设置为sharedLoader
top.setParentClassLoader(parentClassLoader);
}
}可以知道，StandardEngine的parentClassLoader被设置为sharedLoader。到此，我们已经知道了commonLoader,catalinaLoader,sharedLoader在不同地方的使用。如果要深挖，那么就需要知道StandardEngine的parentClassLoader在哪里使用了。
StandardEngine的parentClassLoader
实际上调用top.setParentClassLoader(parentClassLoader);时，实际调用的是ContainerBase的setParentClassLoader方法，
public void setParentClassLoader(ClassLoader parent) {
ClassLoader oldParentClassLoader = this.parentClassLoader;
this.parentClassLoader = parent;//设置parentClassLoader为sharedLoader
support.firePropertyChange("parentClassLoader", oldParentClassLoader,this.parentClassLoader);
}如果想知道ContainerBase.parentClassLoader的使用，我们仅仅需要知道哪里调用了ContainerBase.getParentClassLoader()即可。分析getParentClassLoader的调用栈，我们可以看到StandardContext.start()方法调用了这个方法。如下
//................
if (getLoader() == null) {
WebappLoader webappLoader = new WebappLoader(getParentClassLoader());
webappLoader.setDelegate(getDelegate());
setLoader(webappLoader);
}
//................
try {
if (ok) {
// Start our subordinate components, if any
if ((loader != null) && (loader instanceof Lifecycle))
((Lifecycle) loader).start();
//other code
}catch(Exception e){
}通过查看上面的代码，我们看到在StandardContext启动的时候，会创建webapploader，创建webapploader的时候会将getParentClassLoader方法返回的结果（这里返回的其实就是sharedLoader）赋值给自己的parentClassLoader变量,接着又会调用到Webapploader的start方法，接下来就来看看WebappLoader的start方法，我们摘取一部分与本篇相关的代码片段如下：
classLoader = createClassLoader();
classLoader.setResources(container.getResources());
classLoader.setDelegate(this.delegate);
classLoader.setSearchExternalFirst(searchExternalFirst);从上的代码可以看到调用了WebappLoader#createClassLoader方法创建一个classLoader，那么我们再看来看看WebappLoader#createClassLoader的代码：
private WebappClassLoader createClassLoader()
throws Exception {
Class clazz = Class.forName(loaderClass);
WebappClassLoader classLoader = null;
//parentClassLoader为sharedLoader不为空
if (parentClassLoader == null) {
parentClassLoader = container.getParentClassLoader();
}
Class[] argTypes = { ClassLoader.class };
Object[] args = { parentClassLoader };
Constructor constr = clazz.getConstructor(argTypes);
classLoader = (WebappClassLoader) constr.newInstance(args);
return classLoader;
}在上面的代码里面，loaderClass是WebappLoader的实例变量，其值为org.apache.catalina.loader.WebappClassLoader，那么上面的代码其实就是通过反射调用了WebappClassLoader的构造函数，然后传递了sharedLoader作为其父亲加载器。
代码阅读到这里，我们已经基本清楚了Tomcat中ClassLoader的总体结构，总结如下： 在Tomcat存在common,cataina,shared三个公共的classloader,默认情况下，这三个classloader其实是同一个，都是common classloader,针对每个webapp，也就是Standardcontext都有自己的WebappClassLoader来加载每个应用自己的类（对应代码中的StandardContext类，在StandardContext.start()方法调用了创建WebappLoader和loader.start方法!）。上面的描述，我们可以通过下图形象化的描述：
2 WebappClassLoader
我们知道Java的ClassLoader机制有parent-first的机制，而这种机制是在loadClass方法保证的，一般情况下，我们只需要重写findClass方法就好了，而对于WebAppClassLoader，通过查看源代码，我们发现loadClass和findClass方法都进行了重写，那么我们首先就来看看它的loadClass方法,它的代码如下：
public synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("loadClass(" + name + ", " + resolve + ")");
Class clazz = null;
// Log access to stopped classloader
if (!started) {
try {
throw new IllegalStateException();
} catch (IllegalStateException e) {
log.info(sm.getString("webappClassLoader.stopped", name), e);
}
}
// (0) Check our previously loaded local class cache
//从当前ClassLoader的本地缓存中加载类，如果找到则返回
clazz = findLoadedClass0(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
// (0.1) Check our previously loaded class cache
// 本地缓存没有的情况下，调用ClassLoader的findLoadedClass方法查看jvm是否已经加载过此类，如果已经加载则直接返回。
clazz = findLoadedClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
// (0.2) Try loading the class with the system class loader, to prevent
// the webapp from overriding J2SE classes
//通过系统的来加载器加载此类，这里防止应用写的类覆盖了J2SE的类,这句代码非常关键，如果不写的话，
//就会造成你自己写的类有可能会把J2SE的类给替换调，另外假如你写了一个javax.servlet.Servlet类，放在当前应用的WEB-INF/class中，
//如果没有此句代码的保证，那么你自己写的类就会替换到Tomcat容器Lib中包含的类。
try {
clazz = system.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
// (0.5) Permission to access this class when using a SecurityManager
//如果启用了SecurityManager，则检查此类是否允许被载入，如果不允许，则抛出异常
if (securityManager != null) {
int i = name.lastIndexOf('.');
if (i >= 0) {
try {
securityManager.checkPackageAccess(name.substring(0,i));
} catch (SecurityException se) {
String error = "Security Violation, attempt to use " +
"Restricted Class: " + name;
log.info(error, se);
throw new ClassNotFoundException(error, se);
}
}
}
//判断是否需要委托给父类加载器进行加载，delegate属性默认为false，那么delegatedLoad的值就取决于filter的返回值了，
//filter方法中根据包名来判断是否需要进行委托加载，默认情况下会返回false.因此delegatedLoad为false
boolean delegateLoad = delegate || filter(name);
// (1) Delegate to our parent if requested
//因为delegatedLoad为false,那么此时不会委托父加载器去加载，这里其实是没有遵循parent-first的加载机制。
if (delegateLoad) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Delegating to parent classloader1 " + parent);
ClassLoader loader = parent;
if (loader == null)
loader = system;
try {
clazz = loader.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Loading class from parent");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
;
}
}
// (2) Search local repositories
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Searching local repositories");
//调用findClass方法在webapp级别进行加载
try {
clazz = findClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Loading class from local repository");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
;
}
// (3) Delegate to parent unconditionally
//如果还是没有加载到类，并且不采用委托机制的话，则通过父类加载器去加载。
if (!delegateLoad) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Delegating to parent classloader at end: " + parent);
ClassLoader loader = parent;
if (loader == null)
loader = system;
try {
clazz = loader.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Loading class from parent");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return (clazz);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
;
}
}
throw new ClassNotFoundException(name);
}通过上面的描述，我们可以知道Tomcat在加载webapp级别的类的时候，默认是不遵守parent-first的，这样做的好处是更好的实现了应用的隔离，但是坏处就是加大了内存浪费，同样的类库要在不同的app中都要加载一份。接下来，我们再看一下findClass方法调用的findClassInternal方法
protected Class findClassInternal(String name)
throws ClassNotFoundException {
if (!validate(name))
throw new ClassNotFoundException(name);
String tempPath = name.replace('.', '/');
String classPath = tempPath + ".class";
ResourceEntry entry = null;
if (securityManager != null) {
PrivilegedAction<ResourceEntry> dp =
new PrivilegedFindResourceByName(name, classPath);
entry = AccessController.doPrivileged(dp);
} else {
//通过名称去当前webappClassLoader的仓库中查找对应的类文件
entry = findResourceInternal(name, classPath);
}
//....................
try {
//通过defineClass转变为Jvm可以识别的Class对象返回
clazz = defineClass(name, entry.binaryContent, 0,
entry.binaryContent.length,
new CodeSource(entry.codeBase, entry.certificates));
} catch (UnsupportedClassVersionError ucve) {
throw new UnsupportedClassVersionError(
ucve.getLocalizedMessage() + " " +
sm.getString("webappClassLoader.wrongVersion",
name));
}
entry.loadedClass = clazz;
entry.binaryContent = null;
entry.source = null;
entry.codeBase = null;
entry.manifest = null;
entry.certificates = null;
}
return clazz;
}
重写了loadClass方法，对J2SE的类，使用系统类加载器加载，对Web应用自己的类使用自己的类加载器加载，不遵守parent-first的，这样做的好处是更好的实现了应用的隔离，这便是WebappClassLoader的精妙之处,但是坏处就是加大了内存浪费，同样的类库要在不同的app中都要加载一份。