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对应的输出结果一、聊聊ClassLoader的那些事儿
我们要分析清楚Tomcat中的类加载器相关的内容之前我们还是需要把JVM中的类加载器给大家理清楚。
1.类加载器的过程
类加载器的作用就是从文件系统或者网络中加载Class文件，至于他是否可以运行就不是ClassLoader的工作了。
2.类加载器的分类
JVM中支持的类加载器有两种类型，分别是 引导类加载器【Bootstrap ClassLoader】和 自定义类加载器【User-Defined ClassLoader】
在Java虚拟机层面定义：所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
可以通过源码看到对应的类加载器的继承关系
ExtClassLoader
AppClassLoader
通过具体的案例代码可以来看看类加载器的使用
public static void main(String[] args) {
// 获取系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println("systemClassLoader = " + systemClassLoader);
// 获取父类加载器
ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
System.out.println("parent = " + parent);
// 继续获取上层的类加载器
ClassLoader bootstrapClassLoader = parent.getParent();
System.out.println("bootstrapClassLoader = " + bootstrapClassLoader);
// 自定义Java类
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println("classLoader = " + classLoader);
// Java系统类
ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
System.out.println("classLoader1 = " + classLoader1);
}对应的输出结果
systemClassLoader = sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
parent = sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@61bbe9ba
bootstrapClassLoader = null
classLoader = sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
classLoader1 = null3.Bootstrap ClassLoader
虚拟机自带的类加载器，启动类加载器
- 通过C/C++实现的，JVM内置类加载器
- 作用是用来加载Java的核心库(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或者sun.boot.class.path路径下的内容)、用于提供JVM自身需要的类。
- 没有继承java.lang.ClassLoader、没有父加载器，自己就是祖先了。
- 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器
- 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载报名为java,javax,sun等开头的类
4.Extension ClassLoader
虚拟机自带的加载器。扩展类加载器，Java语音编写，是sun.misc.Launcher的内部类
派生于ClassLoader所以是自定义类加载器
父类加载器是BootstrapClassLoader。
扩展类加载器是从扩展目录 java.ext.dirs系统属性指定的目录中加载类库，或者从JDK的安装目录的 jre/lib/ext子目录下加载类库，如果用户创建的jar包也放在了这个目录下，那么该类加载器也会自动加载的。
然后通过案例来看看扩展类加载器加载的路径
public static void main(String[] args) {
System.out.println("**************扩展类加载器*************");
String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
System.out.println("extDirs = " + extDirs);
}5. 自定义类加载器
在我们的日常应用程序的开发中，我基本是用不到自定义类加载器的，基本就是由前面介绍的这三个类加载器来相互配合搞定的。但是在有些特殊的情况下我们不希望通过系统的类加载器来处理，这时我们就可以通过自定义类加载来实现了。
用户自定义类加载器的实现步骤：
- 我们可以直接编写 java.lang.ClassLoader 类的实现来完成自定义的处理
- 在JDK1.2之前，自定义类加载器时我们总是会继承ClassLoader然后重写loadClass方法，达到自定义类加载的目的，但是在JDK1.2之后建议把自定义的类加载逻辑放在findClass()方法中
- 最后在编写自定义类加载的时候，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URLClassLoader类，这样可以达到简化自定义类加载器的目的
6. 双亲委派机制
Java虚拟机对class文件采用的是 按需加载的方式，也就是当需要使用该类时才会将他的class文件加载到内存中生成class对象，而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的而是双亲委派模式。即把请求交由父类加载器处理，它是一种任务委派模式。
双亲委派的工作原理：
- 如果一个类加载器收到了类加载的请求，它并不会自己先去加载，而且把这个请求委托给父类的加载器去执行。
- 如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归请求，最终将请求流转到顶层的启动类加载器
- 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，如果父类无法完成任务，子加载器才会尝试自己去加载。
举个简单的例子，我们自定义一个java.lang.String类，然后添加对应的main方式执行。
public class String {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("自定义String类");
}
}执行结果
原因就是双亲委派机制通过BootstrapClassLoader加载的是java包下的String，而不会加载我们自定义的。
双亲委派机制的有点：
- 避免类的重复加载
- 保护程序的安全，防止核心API被随意的篡改
Catalina为什么不new出来?
掌握了Java的类加载器和双亲委派机制，现在我们就可以回答正题上来了，Tomcat的类加载器是怎么设计的？
1.Web容器的特性
Web容器有其自身的特殊性，所以在类加载器这块是不能完全使用JVM的类加载器的双亲委派机制的。在Web容器中我们应该要满足如下的特性：
隔离性：
部署在同一个Web容器上的两个Web应用程序所使用的Java类库可以实现相互隔离。设想一下，两个Web应用，一个使用了Spring3.0，另一个使用了新的的5.0，应用服务器使用一个类加载器，Web应用将会因为jar包覆盖而无法启动。
灵活性:
Web应用之间的类加载器相互独立，那么就能针对一个Web应用进行重新部署，此时Web应用的类加载器会被重建，而且不会影响其他的Web应用。如果采用一个类加载器，类之间的依赖是杂乱复杂的，无法完全移出某个应用的类。
性能:
性能也是一个比较重要的点。部署在同一个Web容器上的两个Web应用程序所使用的Java类库可以互相共享。这个需求也很常见，例如，用户可能有10个使用Spring框架的应用程序部署在同一台服务器上，如果把10份Spring分别存放在各个应用程序的隔离目录中，将会是很大的资源浪费——这主要倒不是浪费磁盘空间的问题，而是指类库在使用时都要被加载到Web容器的内存，如果类库不能共享，虚拟机的方法区就会很容易出现过度膨胀的风险。
2.Tomcat类加载器结构
明白了Web容器的类加载器有多个，再来看tomcat的类加载器结构。
首先上张图，整体看下tomcat的类加载器：
可以看到在原先的java类加载器基础上，tomcat新增了几个类加载器，包括3个基础类加载器和每个Web应用的类加载器，其中3个基础类加载器可在conf/catalina.properties中配置，具体介绍下：
Common：以应用类加载器为父类，是tomcat顶层的公用类加载器，其路径由conf/catalina.properties中的common.loader指定，默认指向${catalina.base}/lib下的包。
Catalina：以Common类加载器为父类，是用于加载Tomcat应用服务器的类加载器，其路径由server.loader指定，默认为空，此时tomcat使用Common类加载器加载应用服务器。
Shared：以Common类加载器为父类，是所有Web应用的父类加载器，其路径由shared.loader指定，默认为空，此时tomcat使用Common类加载器作为Web应用的父加载器。
Web应用：以Shared类加载器为父类，加载/WEB-INF/classes目录下的未压缩的Class和资源文件以及/WEB-INF/lib目录下的jar包，该类加载器只对当前Web应用可见，对其他Web应用均不可见。
默认情况下，Common、Catalina、Shared类加载器是同一个，但可以配置3个不同的类加载器，使他们各司其职。
首先，Common类加载器复杂加载Tomcat应用服务器内部和Web应用均可见的类，如Servlet规范相关包和一些通用工具包。
其次，Catalina类加载器负责只有Tomcat应用服务器内部可见的类，这些类对Web应用不可见。比如，想实现自己的会话存储方案，而且该方案依赖了一些第三方包，当然是不希望这些包对Web应用可见，这时可以配置server.load，创建独立的Catalina类加载器。
再次，Shared类复杂加载Web应用共享类，这些类tomcat服务器不会依赖
3. Tomcat的类加载器的继承结构
可以看到继承的结构和我们上面所写的类加载器的结构不同。
大家需要注意双亲委派机制并不是通过继承来实现的，而是相互之间组合而形成的。所以AppClassLoader没有继承自 ExtClassLoader，WebappClassLoader也没有继承自AppClassLoader。至于Common ClassLoader ，Shared ClassLoader，Catalina ClassLoader则是在启动时初始化的三个不同名字的URLClassLoader。
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