Tomcat打破双亲委派机制实现隔离Web应用的方法

tomcat通过自定义类加载器webappclassloader打破双亲委派，即重写了jvm的类加载器classloader的findclass方法和loadclass方法，以优先加载web应用目录下的类。

tomcat负责加载我们的servlet类、加载servlet所依赖的jar包。tomcat本身也是个java程序，因此它需要加载自己的类和依赖的jar包。

若在tomcat运行两个web应用程序，它们有功能不同的同名servlet，tomcat需同时加载和管理这两个同名的servlet类，保证它们不会冲突。所以web应用之间的类需要隔离

若两个web应用都依赖同一三方jar，比如spring，则spring jar被加载到内存后，tomcat要保证这两个web应用能共享之，即spring jar只被加载一次，否则随着三方jar增多，jvm的内存会占用过大。
所以，和 jvm 一样，需要隔离tomcat本身的类和web应用的类。

tomcat类加载器的层次结构

tomcat的类加载器层次结构

前三个是加载器实例名，不是类名。

webappclassloader

若使用jvm默认的appclassloader加载web应用，appclassloader只能加载一个servlet类，在加载第二个同名servlet类时，appclassloader会返回第一个servlet类的class实例。
因为在appclassloader眼里，同名servlet类只能被加载一次。

于是，tomcat自定义了一个类加载器webappclassloader， 并为每个web应用创建一个webappclassloader实例。

每个web应用自己的java类和依赖的jar包，分别放在web-inf/classes和web-inf/lib目录下，都是webappclassloader加载的。

context容器组件对应一个web应用，因此，每个context容器创建和维护一个webappclassloader加载器实例。
不同加载器实例加载的类被认为是不同的类，即使类名相同。这就相当于在jvm内部创建相互隔离的java类空间，每个web应用都有自己的类空间，web应用之间通过各自的类加载器互相隔离。

sharedclassloader

两个web应用之间怎么共享库类，并且不能重复加载相同的类？

双亲委派机制的各子加载器都能通过父加载器去加载类，于是考虑把需共享的类放到父加载器的加载路径。

应用程序即是通过该方式共享jre核心类。
tomcat搞了个类加载器sharedclassloader，作为webappclassloader的父加载器，以加载web应用之间共享的类。

若webappclassloader未加载到某类，就委托父加载器sharedclassloader去加载该类，sharedclassloader会在指定目录下加载共享类，之后返回给webappclassloader，即可解决共享问题。

catalinaclassloader

如何隔离tomcat本身的类和web应用的类？

兄弟关系：两个类加载器是平行的，它们可能拥有同一父加载器，但两个兄弟类加载器加载的类是隔离的。

于是，tomcat搞了catalinaclassloader，专门加载tomcat自身的类。

问题是，当tomcat和各web应用之间需要共享一些类时该怎么办？

commonclassloader

共享依旧靠父子关系。
再增加个commonclassloader，作为catalinaclassloader和sharedclassloader的父加载器。

commonclassloader能加载的类都可被catalinaclassloader、sharedclassloader 使用，而catalinaclassloader和sharedclassloader能加载的类则与对方相互隔离。webappclassloader可以使用sharedclassloader加载到的类，但各个webappclassloader实例之间相互隔离。

spring的加载问题

jvm默认情况下，若一个类由类加载器a加载，则该类的依赖类也由相同的类加载器加载。
比如spring作为一个bean工厂，它需要创建业务类的实例，并且在创建业务类实例之前需要加载这些类。spring是通过调用class.forname来加载业务类的，我们来看一下forname的源码：

public static class<?> forname(string classname) {
    class<?> caller = reflection.getcallerclass();
    return forname0(classname, true, classloader.getclassloader(caller), caller);
}

会使用调用者，即spring的加载器去加载业务类。

web应用之间共享的jar可交给sharedclassloader加载，以避免重复加载。spring作为共享的三方jar，本身由sharedclassloader加载，spring又要去加载业务类，按照前面那条规则，加载spring的类加载器也会用来加载业务类，但是业务类在web应用目录下，不在sharedclassloader的加载路径下，这该怎么办呢？

线程上下文加载器

于是有了线程上下文加载器，一种类加载器传递机制。因为该类加载器保存在线程私有数据里，只要是同一个线程，一旦设置了线程上下文加载器，在线程后续执行过程中就能把这个类加载器取出来用。因此tomcat为每个web应用创建一个webappclassloader类加载器，并在启动web应用的线程里设置线程上下文加载器，这样spring在启动时就将线程上下文加载器取出来，用来加载bean。spring取线程上下文加载的代码如下：

cl = thread.currentthread().getcontextclassloader();

在standardcontext的启动方法，会将当前线程的上下文加载器设置为webappclassloader。

启动方法结束时，会恢复线程的上下文加载器：

thread.currentthread().setcontextclassloader(originalclassloader);

这是为什么呢？

线程上下文加载器其实是线程的一个私有数据，跟线程绑定，这个线程完成启动context组件后，会被回收到线程池，之后被用来做其他事情，为了不影响其他事情，需恢复之前的线程上下文加载器。
优先加载web应用的类，当加载完了再改回原来的。

线程上下文的加载器就是指定子类加载器来加载具体的某个桥接类，比如jdbc的driver的加载。

总结

tomcat的context组件为每个web应用创建一个webappclassloader类加载器，由于不同类加载器实例加载的类是互相隔离的，因此达到了隔离web应用的目的，同时通过commonclassloader等父加载器来共享第三方jar包。而共享的第三方jar包怎么加载特定web应用的类呢？可以通过设置线程上下文加载器来解决。

多个应用共享的java类文件和jar包，分别放在web容器指定的共享目录：

commonclassloader
对应 <tomcat>/common/*

catalinaclassloader
对应 <tomcat >/server/*

sharedclassloader
对应 <tomcat >/shared/*

webappclassloader
对应 <tomcat >/webapps/<app>/web-inf/*

可以在tomcat conf目录下的catalina.properties文件里配置各种类加载器的加载路径。

当出现classnotfound错误时，应该检查你的类加载器是否正确。
线程上下文加载器不仅仅可以用在tomcat和spring类加载的场景里，核心框架类需要加载具体实现类时都可以用到它，比如我们熟悉的jdbc就是通过上下文类加载器来加载不同的数据库驱动的。

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