Tomcat 类加载机制

1. JVM 的类加载机制

JVM 的类加载机制中有⼀个⾮常重要的⻆⾊叫做类加载器（ClassLoader），类加载器有⾃⼰的体系，Jvm内置了⼏种类加载器，包括：引导类加载器、扩展类加载器、系统类加载器，他们之间形成⽗⼦关系，通过 Parent 属性来定义这种关系，最终可以形成树形结构。

类加载器	作⽤
引导启动类加载器 BootstrapClassLoader	c++编写，加载java核⼼库 java.*,⽐如rt.jar中的类，构造ExtClassLoader和AppClassLoader
扩展类加载器 ExtClassLoader	java编写，加载扩展库 JAVA_HOME/lib/ext⽬录下的jar中的类，如classpath中的jre ，javax.*或者java.ext.dir指定位置中的类
系统类加载器 SystemClassLoader/AppClassLoader	默认的类加载器，搜索环境变量 classpath 中指明的路径

另外：⽤户可以⾃定义类加载器（Java编写，⽤户⾃定义的类加载器，可加载指定路径的 class ⽂件）

当 JVM 运⾏过程中，⽤户⾃定义了类加载器去加载某些类时，会按照下⾯的步骤（⽗类委托机制）: 1）⽤户⾃⼰的类加载器，把加载请求传给⽗加载器，⽗加载器再传给其⽗加载器，⼀直到加载器树的顶层（引导类加载器） 2 ）最顶层的类加载器⾸先针对其特定的位置加载，如果加载不到就转交给⼦类 3 ）如果⼀直到底层的类加载都没有加载到，那么就会抛出异常 ClassNotFoundException

因此，按照这个过程可以想到，如果同样在 classpath 指定的⽬录中和⾃⼰⼯作⽬录中存放相同的 class，会优先加载 classpath ⽬录中的⽂件

2. 双亲委派机制

2.1 什么是双亲委派机制

当某个类加载器需要加载某个.class⽂件时，它⾸先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，⾃⼰才会去加载这个类。

2.2 双亲委派机制的作用

防⽌重复加载同⼀个.class。通过委托去向上⾯问⼀问，加载过了，就不⽤再加载⼀遍。保证数据安全。
保证核⼼.class不能被篡改。通过委托⽅式，不会去篡改核⼼.class，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同⼀个.class对象了。不同的加载器加载同⼀个.class也不是同⼀个.class对象。这样保证了class执⾏安全（如果⼦类加载器先加载，那么我们可以写⼀些与java.lang包中基础类同名的类，然后再定义⼀个⼦类加载器，这样整个应⽤使⽤的基础类就都变成我们⾃⼰定义的类了。

3. Tomcat 的类加载机制

Tomcat 类加载机制是在 Jvm 类加载机制基础之上进⾏了⼀些变动。

没有严格的遵从双亲委派机制，也可以说打破了双亲委派机制

引导类加载器和扩展类加载器的作⽤不变
系统类加载器正常情况下加载的是 CLASSPATH 下的类，但是 Tomcat 的启动脚本并未使⽤该变量，⽽是加载tomcat启动的类，⽐如bootstrap.jar，通常在catalina.bat或者catalina.sh中指定。位于CATALINA_HOME/bin下
Common 通⽤类加载器加载Tomcat使⽤以及应⽤通⽤的⼀些类，位于CATALINA_HOME/lib下，⽐如servlet-api.jar
Catalina ClassLoader ⽤于加载服务器内部可⻅类，这些类应⽤程序不能访问
Shared ClassLoader ⽤于加载应⽤程序共享类，这些类服务器不会依赖
Webapp ClassLoader，每个应⽤程序都会有⼀个独⼀⽆⼆的Webapp ClassLoader，他⽤来加载本应⽤程序 /WEB-INF/classes 和 /WEB-INF/lib 下的类。

tomcat 8.5 默认改变了严格的双亲委派机制

⾸先从引导类加载器（Bootstrap Classloader）加载指定的类
如果未加载到，则从 /WEB-INF/classes加载（Webapp ClassLoader）
如果未加载到，则从 /WEB-INF/lib/*.jar 加载（Webapp ClassLoader）
如果未加载到，则依次从扩展类加载器（ExtClassLoader）、系统类加载器（System）、Commons类加载器（Common）、Shared类加载器（Shared）加载，最后这步遵从双亲委派机制
Catalina ClassLoader ⽤于加载服务器内部可⻅类，这些类应⽤程序不能访问

4. tomcat 中初始化类加载器

在 org.apache.catalina.startup.Bootstrap#main 启动方法中，有一个对Catalina的初始化方法： bootstrap.init();

bootstrap.init();中第一行 initClassLoaders(); 就是对类加载器的初始化

org.apache.catalina.startup.Bootstrap#initClassLoaders

private void initClassLoaders() {
        try {
            commonLoader = createClassLoader("common", null);
            if (commonLoader == null) {
                // no config file, default to this loader - we might be in a 'single' env.
                commonLoader = this.getClass().getClassLoader();
            }
            catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
            sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
        } catch (Throwable t) {
            handleThrowable(t);
            log.error("Class loader creation threw exception", t);
            System.exit(1);
        }
    }

代码中有初始化三个类加载器：

common ： Common ClassLoader
server ： Catalina ClassLoader
shared ： Shared ClassLoader

而 WebApp ClassLoader 则是在每个 Context 初始化时去初始化当前 Context 单独的类加载器