类加载就是把编译生成的 class 文件，加载到 JVM 内存中（永久代/元空间）。
类加载器之所以能实现类隔离，是因为两个类相等的前提是它们由同一个类加载器加载，否则必定不相等。
JVM 在加载时，采用的是一种双亲委托机制，当类加载器要加载一个类时，加载顺序是：
首先将请求委托给父加载器，如果父加载器找不到要加载的类
然后再查找自己的存储库尝试加载
这个机制的好处就是能够保证核心类库不被覆盖。
而按照 Servlet 规范的建议，Webapp 加载器略有不同，它首先会在自己的资源库中搜索，而不是向上委托，打破了标准的委托机制，来看下 Tomcat 的设计和实现。
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其中 JDK 内部提供的类加载器分别是：
- Bootstrap - 启动类加载器，属于 JVM 的一部分，加载 <JAVA_HOME>/lib/ 目录下特定的文件
- Extension - 扩展类加载器，加载 <JAVA_HOME>/lib/ext/ 目录下的类库
- Application - 应用程序类加载器，也叫系统类加载器，加载 CLASSPATH 指定的类库
Tomcat 自定义实现的类加载器分别是：
- Common - 父加载器是 AppClassLoader，默认加载 ${catalina.home}/lib/ 目录下的类库
- Catalina - 父加载器是 Common 类加载器，加载 catalina.properties 配置文件中 server.loader 配置的资源，一般是 Tomcat 内部使用的资源
- Shared - 父加载器是 Common 类加载器，加载 catalina.properties 配置文件中 shared.loader 配置的资源，一般是所有 Web 应用共享的资源
- WebappX - 父加载器是 Shared 加载器，加载 /WEB-INF/classes 的 class 和 /WEB-INF/lib/ 中的 jar 包
- JasperLoader - 父加载器是 Webapp 加载器，加载 work 目录应用编译 JSP 生成的 class 文件
在实现时，上图不是继承关系，而是通过组合体现父子关系。Tomcat 类加载器的源码类图：
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Common、Catalina 、Shared 它们都是 StandardClassLoader 的实例，在默认情况下，它们引用的是同一个对象。其中 StandardClassLoader 与 URLClassLoader 没有区别；WebappClassLoader 则按规范实现以下顺序的查找并加载：
- 从 JVM 内部的 Bootstrap 仓库加载
- 从应用程序加载器路径，即 CLASSPATH 下加载
- 从 Web 程序内的 /WEB-INF/classes 目录
- 从 Web 程序内的 /WEB-INF/lib 中的 jar 文件
- 从容器 Common 加载器仓库，即所有 Web 程序共享的资源加载
接下来看下源码实现。
3. 自定义加载器的初始化
common 类加载器是在 Bootstrap 的 initClassLoaders 初始化的，源码如下：
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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(); } // 指定仓库路径配置文件前缀和父加载器，创建 ClassLoader 实例 catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader); sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader); } catch (Throwable t) { log.error("Class loader creation threw exception", t); System.exit(1); }} |
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private ClassLoader createClassLoader(String name, ClassLoader parent) throws Exception { String value = CatalinaProperties.getProperty(name + ".loader"); if ((value == null) || (value.equals(""))) return parent; // 如果没有配置，则返回传入的父加载器 ArrayList repositoryLocations = new ArrayList(); ArrayList repositoryTypes = new ArrayList(); ... // 获取资源仓库路径 String[] locations = (String[]) repositoryLocations.toArray(new String[0]); Integer[] types = (Integer[]) repositoryTypes.toArray(new Integer[0]); // 创建一个 StandardClassLoader 对象 ClassLoader classLoader = ClassLoaderFactory.createClassLoader (locations, types, parent); ... return classLoader;} |
类加载器初始化完毕后，会创建一个 Catalina 对象，最终会调用它的 load 方法，解析 server.xml 初始化容器内部组件。那么容器，比如 Engine，又是怎么关联到这个设置的父加载器的呢？
Catalina 对象有一个 parentClassLoader 成员变量，它是所有组件的父加载器，默认是 AppClassLoader，在此对象创建完毕时，会反射调用它的 setParentClassLoader 方法，将父加载器设为 sharedLoader。
而 Tomcat 内部顶级容器 Engine 在初始化时，Digester 有一个 SetParentClassLoaderRule 规则，会将 Catalina 的 parentClassLoader 通过 Engine.setParentClassLoader 方法关联起来。
4. 如何打破双亲委托机制
答案是使用 Thread.getContextClassLoader() - 当前线程的上下文加载器，该加载器可通过 Thread.setContextClassLoader() 在代码运行时动态设置。
默认情况下，Thread 上下文加载器继承自父线程，也就是说所有线程默认上下文加载器都与第一个启动的线程相同，也就是 main 线程，它的上下文加载器是 AppClassLoader。
Tomcat 就是在 StandardContext 启动时首先初始化一个 WebappClassLoader 然后设置为当前线程的上下文加载器，最后将其封装为 Loader 对象，借助容器之间的父子关系，在加载 Servlet 类时使用。
5. Web 应用的类加载
Web 应用的类加载是由 WebappClassLoader 的方法 loadClass(String, boolean) 完成，核心代码如下：
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public synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { ... Class clazz = null; // (0) 检查自身内部缓存中是否已经加载 clazz = findLoadedClass0(name); if (clazz != null) { if (log.isDebugEnabled()) log.debug(" Returning class from cache"); if (resolve) resolveClass(clazz); return (clazz); } // (0.1) 检查 JVM 的缓存中是否已经加载 clazz = findLoadedClass(name); if (clazz != null) { if (log.isDebugEnabled()) log.debug(" Returning class from cache"); if (resolve) resolveClass(clazz); return (clazz); } // (0.2) 尝试使用系统类加载加载，防止覆盖 J2SE 类 try { clazz = system.loadClass(name); if (clazz != null) { if (resolve) resolveClass(clazz); return (clazz); } } catch (ClassNotFoundException e) {// Ignore} // (0.5) 使用 SecurityManager 检查是否有此类的访问权限 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); } } } boolean delegateLoad = delegate || filter(name); // (1) 是否委托给父类，这里默认为 false if (delegateLoad) { ... } // (2) 尝试查找自己的存储库并加载 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) 如果此时还加载失败，那么将加载请求委托给父加载器 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) {} } // 最后加载失败，抛出异常 throw new ClassNotFoundException(name);} |
覆盖 J2SE 类
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ClassLoader j = String.class.getClassLoader();if (j == null) { j = getSystemClassLoader(); while (j.getParent() != null) { j = j.getParent(); }}this.javaseClassLoader = j; |
