4.自定义类加载器实现及在tomcat中的应用

了解了类加载器的双亲委派机制, 也知道了双亲委派机制的原理，接下来就是检验我们学习是否扎实了，来自定义一个类加载器

一. 回顾类加载器的原理

还是这张图，类加载器的入口是c++调用java代码创建了JVM启动器，其中的一个启动器是sun.misc.Launcher启动器。这个启动器启动并加载的AppClassLoader和ExtClassLoader。然后调用launcher.getClassLoader()方法获取loader对象， loader对象本质是一个ClassLoader，然后调用了ClassLoader的loadClass("...")方法加载类。也是在loadClass("...")方法里实现了双亲委派机制。

详细原理参考文章：https://www.cnblogs.com/ITPower/p/15363400.html

二、自定义类加载器分析

对于类加载器, 我们知道他的重点是loadClass(...)方法, 里面的双亲委派机制也是在loadClass方法里面实现的. loadClass方法里面实际上去加载类的是findClass()方法. 对于我们自定义的类加载器来说需要做到两点即可

1. 这个自定义的类加载器继承自ClassLoader

2. 这个类加载器要重写ClassLoader类中的findClass()方法

另外我们还可以参考AppClassLoader和ExtClassLoader来写。

三、自定义类加载器实现

下面我自己定义了一个类加载器

第一步：自定义类加载器继承自ClassLoader抽象类，然后定义一个构造方法, 用来接收要加载的类名

第二步：重写核心方法findClass(String name)

这里有两步操作,

第一个是: 从类路径中读取要加载类的文件内容, 自定义

第二个是: 调用构造类的方法, 调用的系统的defineClass

接下来看看自定义的loadByte是如何实现的

这里的实现就是找到类, 并且将类的内容读取出来, 转换成二进制的字节码, 返回

最后一部分就是如何调用了.

用类加载器加载类, 然后实例化, 使用反射机制调用User1 的方法sout

package com.lxl.jvm;

public class User1 {
    public void sout() {
        System.out.println("进入到User1");
    }
}

这里面System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName()); 获取当前类的类加载器, 猜一猜这里打印的会是谁?

看到了么? 是AppClassLoader, 为什么呢?

原因是我的项目里已经有一个类User1了

我们自定义类加载器的父类是AppClassLoader. 而程序代码中的User1刚好是被AppClassLoader加载, 因为找到了,所以就不会再去我们指定的文件夹中查找了

这就是类的双亲委派机制的特点.

那么如果我们将项目中的User1类删除掉, 这是类加载器是谁呢? 当然就是我们自定义的类加载器了.

那么问题来了, 自定义类加载器的父类为什么是AppClassLoader呢?

四. 分析自定义类加载的父类为什么是appClassLoader?

我们来看一下源码

我们自定义的类加载器, 继承自ClassLoader类加载器, 那么在调用自定义类加载器的构造方法之前, 应该先加载父类ClassLoader的无参构造函数.

首先会执行ClassLoader的无参的构造方法.

而无参的构造方法会调用自身的构造方法

里面有一个parent, 我们就是要看看这个parent到底是谁呢. 来看看getSystemClassLoader()方法

之前我们已经研究过getClassLoader()这个方法了, 这里面定义的loadClass是谁呢?就是AppClassLoader.

这就是为什么自定义class类加载器的父类是AppClassLoader的原因了。

五、打破双亲委派机制

首先，我们要明白，什么是双亲委派机制？为什么要打破双亲委派机制?什么时候需要打破双亲委派机制？

1. 什么是双亲委派机制？

在前面，我们说了什么是双亲委派机制，子类委托父类加载的这个逻辑，就是双亲委派机制。如果还不知道什么是双亲委派机制，可以查看文章：https://www.cnblogs.com/ITPower/p/15363400.html

2. 如何打破双亲委派机制呢？

我们知道了，双亲委派机制就是类在加载的时候，从自定义类加载器开始查找是否已经加载过这个类，如果没有加载过则加载类，但是不是由自己立刻加载，而是委托上级加载。到了上级，先查找，找不到在加载，然后也不是自己立刻加载，依次类推。。。。这就是双亲委派机制，要打破双亲委派机制，那么就是不让他委托上级类加载器加载，由自己来加载。那么如何实现呢？

比如, 我现在有一个自定义类加载器, 加载的是~/com/lxl/jvm/User1.class类, 而在应用程序的target目录下也有一个com/lxl/jvm/User1.class, 那么, 最终User1.class这个类将被哪个类加载器加载呢? 根据双亲委派机制, 我们知道, 他一定是被应用程序类加载器AppClassLoader加载, 而不是我们自定义的类加载器, 为什么呢? 因为他要向上寻找, 向下委托. 当找到了以后, 便不再向后执行了.

我们要打破双亲委派机制, 就是要让自定义类加载器来加载我们的User1.class, 而不是应用程序类加载器来加载

双亲委派机制是在ClassLoader类的loadClass(...)方法实现的. 如果我们不想使用系统自带的双亲委派模式, 只需要重新实现ClassLoader的loadClass(...)方法即可. 下面是ClassLoader中定义的loadClass()方法. 里面实现了双亲委派机制

下面给DefinedClassLoaderTest.java增加一个loadClass方法, 拷贝上面的代码即可. 删除掉中间实现双亲委派机制的部分

这里需要注意的是, com.lxl.jvm是自定义的类包, 只有我们自己定义的类才从这里加载. 如果是系统类, 依然使用双亲委派机制来加载.

来看看运行结果:

调用了user1的sout方法
com.lxl.jvm.DefinedClassLoaderTest

现在User1方法确实是由自定义类加载器加载的了

源码:

package com.lxl.jvm;

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * 自定义的类加载器
 */
public class DefinedClassLoaderTest extends ClassLoader{

    private String classPath;

    public DefinedClassLoaderTest(String classPath) {
        this.classPath = classPath;
    }

    /**
     * 重写findClass方法
     *
     * 如果不会写, 可以参考URLClassLoader中是如何加载AppClassLoader和ExtClassLoader的
     * @param name
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte[] data = loadBytes(name);
            return defineClass(name, data, 0, data.length);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    private byte[] loadBytes(String name) throws Exception {
        // 我们需要读取类的路径
        String path = name.replace('.', '/').concat(".class");
        //String path = "";
        // 去路径下查找这个类
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(classPath + "/"  + path);
        int len = fileInputStream.available();

        byte[] data = new byte[len];
        fileInputStream.read(data);
        fileInputStream.close();

        return data;
    }

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                /**
                 * 直接执行findClass()...什么意思呢? 首先会使用自定义类加载器加载类, 不在向上委托, 直接由
                 * 自己执行
                 *
                 * jvm自带的类还是需要由引导类加载器自动加载
                 */
                if (!name.startsWith("com.lxl.jvm")) {
                    c = this.getParent().loadClass(name);
                } else {
                    c = findClass(name);
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DefinedClassLoaderTest classLoader = new DefinedClassLoaderTest("/Users/luoxiaoli");
        Class<?> clazz = classLoader.loadClass("com.lxl.jvm.User1");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method sout = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        sout.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }

}

六. 打破双亲委派机制案例--tomcat部署多应用？

1. tomcat为何要打破双亲委派机制？

通常，我们在服务器安装的一个tomcat下会部署多个应用。而这多个应用可能使用的类库的版本是不同的。比如：项目A使用的是spring4，项目B使用的是Spring5。Spring4和Spring5多数类都是一样的，但是有个别类有所不同，这些不同是类的内容不同，而类名，包名都是一样的。假如，我们采用jdk向上委托的方式，项目A在部署的时候，应用类加载器加载了他的类。在部署项目B的时候，由于类名相同，这是应用服务器就不会再次加载同包同名的类。这样就会有问题。所以， tomcat需要打破双亲委派机制。不同的war包下的类自己加载，而不向上委托。基础类依然向上委托。

2.tomcat是如何打破双亲委派机制的?

实际上， 我们的tomcat可以加载各种各样类型的war包, 相互之间没有影响. 因为tomcat打破了双亲委派机制, 下面我们就来看看tomcat是如何打破双亲委派机制的?

如上图, 上面的橙色部门还是和原来一样, 采用双亲委派机制. 而黄色部分是tomcat第一部分自定义的类加载器, 这部分主要是加载tomcat包中的类, 这一部分依然采用的是双亲委派机制, 而绿色部分是tomcat第二部分自定义类加载器, 正事这一部分, 打破了类的双亲委派机制. 先面我们就来详细看看tomcat自定义的类加载器

1. tomcat第一部分自定义类加载器(黄色部分)

这部分类加载器, 在tomcat7及以前是tomcat自定义的三个类加载器, 分别加载不同文件家下的jar包. 而到了tomcat7及以后, tomcat将这三个文件夹合并了, 合并成了一个lib包. 也就是我们现在看到的lib包

我们来看看这三个类加载器的主要功能.

• commonClassLoader: tomcat最基本的类加载器, 加载路径中的class可以被tomcat容器本身和各个webapp访问;
• catalinaClassLoader: tomcat容器中私有的类加载器, 加载路径中的class对于webapp不可见的部分。
• sharedClassLoader: 各个webapps共享的类加载器, 加载路径中的class对于所有的webapp都可见, 但是对于tomcat容器不可见.

这一部分类加载器, 依然采用的是双亲委派机制, 原因是, 他只有一份. 如果有重复, 那么也是以这一份为准. 这部分主要加载的是tomcat自带的类。

2.tomcat第二部分自定义类加载器(绿色部分)

绿色部分是java项目在打war包的时候, tomcat自动生成的类加载器, 也就是说 , 每一个项目打成一个war包, tomcat都会自动生成一个类加载器, 专门用来加载这个war包. 而这个类加载器打破了双亲委派机制. 我们可以想象一下, 假如这个webapp类加载器没有打破双亲委派机制会怎么样?

之前也说过，如果没有打破, 他就会委托父类加载器去加载, 一旦加载到了, 子类加载器就没有机会在加载了. 那么, spring4和spring5的项目想共存, 那是不可能的了.

所以, 这一部分他打破了双亲委派机制

这样一来, webapp类加载器不需要在让上级去加载, 他自己就可以加载对应war里的class文件. 当然了, 其他的基础项目文件, 还是要委托上级加载的.

下面我们来实现一个自定义的tomcat类加载器

3.自定义tomcat的war包类加载器

如何打破双亲委派机制, 我们在上面已经写过一个demo了.

那么, 现在我有两个war包, 分处于不同的文件夹, tomcat如何使用各自的类加载器加载自己包下的class类呢?

我们来举个例子, 比如: 在我的home目录下有两个文件夹, tomcat-test和tomcat-test1. 用这两个文件夹来模拟两个项目.

在他们的下面都有一个com/lxl/jvm/User1.class

虽然类名和类路径都是一样的,但是他们的内容是不同的

这个时候,如果tomcat要同时加载这两个目录下的User1.class文件, 我们如何操作呢?

其实,非常简单, 按照上面的思路, tomcat只需要为每一个文件夹生成一个新的类加载器就可以了.

public static void main(String[] args) throws Exception {
　　　　 // 第一个类加载器
        DefinedClassLoaderTest classLoader = new DefinedClassLoaderTest("/Users/app/tomcat-test");
        Class<?> clazz = classLoader.loadClass("com.lxl.jvm.User1");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method sout = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        sout.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());

　　　　 // 第二个类加载器
        DefinedClassLoaderTest classLoader1 = new DefinedClassLoaderTest("/Users/app/tomcat-test1");
        Class<?> clazz1 = classLoader1.loadClass("com.lxl.jvm.User1");
        Object obj1 = clazz1.newInstance();
        Method sout1 = clazz1.getDeclaredMethod("sout", null);
        sout1.invoke(obj1, null);
        System.out.println(clazz1.getClassLoader().getClass().getName());
    }

他们都是只加载自己目录下的文件. 我们来看看执行结果:

调用了user1的sout方法
com.lxl.jvm.DefinedClassLoaderTest

调用了另外一个项目user1的sout方法, 他们是不同的
com.lxl.jvm.DefinedClassLoaderTest

虽然上面的代码很简单，但这就是tomcat加载不同war包的原理。不同的是，tomcat实现逻辑会更复杂，他的类加载器都是动态生成的。精髓都是一样的。

4. 思考: tomcat自定义的类加载器中, 有一个jsp类加载器，jsp是可以实现热部署的, 那么他是如何实现的呢?

jsp其实是一个servlet容器, 由tomcat加载. tomcat会为每一个jsp生成一个类加载器. 这样每个类加载器都加载自己的jsp, 不会加载别人的. 当jsp文件内容修改时, tomcat会有一个监听程序来监听jsp的改动. 比如文件夹的修改时间, 一旦时间变了, 就重新加载文件夹中的内容.

具体tomcat是怎么实现的呢? tomcat自定义了一个thread, 用来监听不同文件夹中文件的内容是否修改, 如何监听呢? 就看文件夹的update time有没有变化, 如果有变化了, 那么就会重新加载.

jsp热部署也不是立刻就会看到效果，其他他也是有延迟的，这个延迟就是重新加载的过程。