探索《How Tomcat Work》 心得（六） 加载器 下 Java中URL、tomcat加载器WebappLoader和WebappClassLoader

在上一篇文章中，主要介绍了jvm中类加载器的工作原理和小demo，在这篇文章中，介绍下Tomcat封装后的加载器。

Tomcat封装后的加载器，只能够加载指定库中的文件，这里，还拿第二章的程序中的加载器做个例子。

URLClassLoader loader = null;
try
{
URL[] urls = new URL[1];
     URLStreamHandler streamHandler = null;
     File classPath = new File(Constants.WEB_ROOT);
     String repository = (new URL("file", null,
     classPath.getAbsolutePath() + File.separator)).toString();
     urls[0] = new URL(null, repository, streamHandler);
     loader = new URLClassLoader(urls);
} catch (MalformedURLException e)
{
e.printStackTrace();
}

介绍下上面用到的URL的构造器， URL(URL context, String spec, URLStreamHandler handler),第一个参数，context，上下文，官方的注释：the context in which to parse the specification，从构造器中的代码的条件（((context != null) && ((newProtocol == null) || newProtocol.equalsIgnoreCase(context.protocol)))）可以知道，当传入的上下文中的协议与传入参数中spec中的url协议一致的时候，构造器会使用我们传入的上下文（context）。下面介绍第二个参数，spec，官方的注释：the
String to parse as a URL，它就表示一个URL，通过上面的代码片段，这个参数使用URL的另一个构造器URL(String protocol, String host, String file),这个构造器我之后再说，这个参数所表示的url就是我们的类加载器所加载的类的路径。最后一个参数streamHandler，官方解释：the stream handler for the URL。如果这个参数不为空的话，Check for permission to specify a handler，在构造器中就会检查处理程序的权限。这个处理中的代表类的实际路径的spec参数是非空的，其他两个参数是可以为空的，这个构造器被Tomcat看中的点，就在于那两个参数，可以添加上下文和权限控制。

下面介绍先刚刚提到的构造器URL(String protocol, String host, String file)，第一个参数protocol,官方解释：the name of the protocol to use.第二个参数：the name of the host.，第三个参数：the file on the host.当我们使用这个构造器的时候，他会调取该对象内的另一构造器：代码片段如下

public URL(String protocol, String host, String file)
throws MalformedURLException {
this(protocol, host, -1, file);
}

它又搞出来一个新的构造器URL(String protocol, String host, int port, String file)，这个构造器比刚才的构造器多了一个端口的参数，当调用上面的构造器的方法的时候，他会使用传入的主机host在默认端口-1，中查找文件file。但是当我看这个构造器的源码的时候，这里并没有结束，它描述路径的方法：String file = (new File(Constants.WEB_ROOT)).getAbsolutePath() + File.separator
; 描述项目下的web_root文件夹的路径

public URL(String protocol, String host, int port, String file)
throws MalformedURLException
{
this(protocol, host, port, file, null);
}

这里的构造器URL(String protocol, String host, int port, String file,URLStreamHandler handler)，这是一个最终的构造器。看了这个构造器，我就好奇了，这个东西已经很全了，这个方法不能给构造器添加上下文，其余的添加权限控制类似的东西，这里都可以搞定。通过最开始的demo可以看出，它使用两个url构造器构造一个url实例，为了后面的内容做铺垫呢，为url添加权限，和上下文。

在Tomcat中，加载器都需要实现Loader接口，回顾一下tomcat加载器的UML结构图：



从结构图中，可以看出，在Tomcat的加载器中生活在最底层的是WebappClassLoader，下面，介绍下WebappClassLoader对象与WebappLoader对象，WebappLoader可以控制WebAppClassLoader的生死。从上面的结构图中可以知道，它还继承了URLClassLoader类，从WebappLoader的start()方法的开始，Start this component, initializing our associated class loader.在开始的时候，日志组件和Lifecycle接口中做的事情就不累述了，我在后面的会把前面讲到的几个组件联合起来讲一遍，这里只说loader的事情了，看下面代码块：

1、为JNDI协议注册一个流管理工厂

if (container.getResources() == null)
return;

// Register a stream handler factory for the JNDI protocol
URLStreamHandlerFactory streamHandlerFactory = new DirContextURLStreamHandlerFactory();
try {
URL.setURLStreamHandlerFactory(streamHandlerFactory);
} catch (Throwable t) {
// Ignore the error here.
}

2、创建classloader加载器，运用java中的反射创建classloader加载器，其中在下面代码块中的变量 loaderClass，是定义好了的常量，Tomcat默认加载器的类名：“org.apache.catalina.loader.WebappClassLoader”

Class clazz = Class.forName(loaderClass);
WebappClassLoader classLoader = null;
if (parentClassLoader == null) {
// Will cause a ClassCast is the class does not extend WCL, but
// this is on purpose (the exception will be caught and rethrown)
classLoader = (WebappClassLoader) clazz.newInstance();
} else {
Class[] argTypes = { ClassLoader.class };
Object[] args = { parentClassLoader };
Constructor constr = clazz.getConstructor(argTypes);
classLoader = (WebappClassLoader) constr.newInstance(args);
}

3、装载有特色的classLoader，下面的各种设置中最主要的就是设置类库列表 addRepository，为classloader指定库，不仅如此，在设置完库之后，他又设置权限相关内容，使classLoader加载各种url中，按照与url匹配的协议加载，这样设置之后，对于首先的classLoader，用起来是安全的。

classLoader.setResources(container.getResources());
classLoader.setDebug(this.debug);
classLoader.setDelegate(this.delegate);
for (int i = 0; i < repositories.length; i++) {
classLoader.addRepository(repositories[i]);
}
// Configure our repositories
setRepositories();
setClassPath();
setPermissions();

4、组件一旦启动起来，下面这个方法可能会经常调用，重载。WebappLoader 支持自动重载，如果 WEB-INF/classes 或者 WEB-INF/lib 目录被重新编译过，在不重启 Tomcat 的情况下必须自动重新载入这些类。为了实现这个目的，WebappLoader 有一个单独的线程每个 x 秒会检查源的时间戳。x 的值由checkInterval 变量定义，它的默认值是 15，也就是每隔 15 秒会进行一次检查是否需要自动重载。

if (reloadable)
{
  log(sm.getString("webappLoader.reloading"));
  try {
     threadStart();
  } catch (IllegalStateException e) {
     throw new LifecycleException(e);
  }
}

5、重载，下面就是重载线程所做的事情：检查classloader是否发生改变，如果发生改变了，这里会通知上下文，上下文会唤醒一个线程 WebappContextNotifier，这个线程运行，就是让容器重载： ((Context) container).reload();

try {
// Perform our modification check
if (!classLoader.modified())
continue;
} catch (Exception e) {
log(sm.getString("webappLoader.failModifiedCheck"), e);
continue;
}
// Handle a need for reloading
notifyContext();

6、缓存。

每一个可以被加载的类(放在 WEB-INF/classes 目录下的类文件或者 JAR 文件)都被当做一个源。一个源被 org.apache.catalina.loader.ResourceEntry 类表示。一个 ResourceEntry 实例保存一个 byte 类型的数组表示该类、最后修改的数据或者副本等等。所有缓存的源被存放在一个叫做 resourceEntries 的 HashMap 中（在WabappClassLoader中的元素），键值为源名，所有找不到的源都被放在一个名为 notFoundResources
的 HashMap 中。要注意，Tomcat没加载一个类，都会把它放到缓存中，加载器加载类的时候，也是首先在缓存中查找，找不到才会到库中去查找。