Tomcat类加载机制和JAVA类加载机制的比较思维导图模板

Tomcat8类加载

jvm类加载

BootstrapClassLoader 引导类加载器

由 C++语言实现,是虚拟机自身的一部分 其他的类加载器,都是由 Java 实现,在虚拟机的外部,并且全部继承自java.lang.ClassLoader

负责将$JAVA_HOME/lib或者 -Xbootclasspath 参数指定路径下面的文件(按照文件名识别,如 rt.jar) 加载到虚拟机内存中.启动类加载器无法直接被 java 代码引用,如果需要把加载请求委派给启动类加载器,直接返回null即可.

ExtClassLoader 扩展类加载器

负责加载$JAVA_HOME/lib/ext 目录中的文件,或者java.ext.dirs 系统变量所指定的路径的类库.

AppClassLoader 应用类加载器

一般是系统的默认加载器,比如用 main 方法启动就是用此类加载器,也就是说如果没有自定义过类加载器,同时它也是getSystemClassLoader() 的返回值.

CustomerClassLoader 用户自定义类加载器

JVM类加载机制

当JVM运行过程中，用户需要加载某些类时，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。   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。

Tomcat类加载

BootStrap 启动类加载

System 系统类加载 CATALINA_HOME/conf

Common 通用类加载 CATALINA_HOME/lib

Webapp 应用类加载 WEB-INF/lib 和 WEB-INF/classes

WebappClassLoader

Tomcat类加载机制

当tomcat启动时，会创建几种类加载器

Bootstrap 引导类加载器

加载JVM启动所需的类，以及标准扩展类（位于jre/lib/ext下）

System 系统类加载器

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

webapp 应用类加载器

每个应用在部署后，都会创建一个唯一的类加载器。该类加载器会加载位于 WEB-INF/lib下的jar文件中的class 和 WEB-INF/classes下的class文件。

类加载顺序

当应用需要到某个类时，则会按照下面的顺序进行类加载：   1 使用bootstrap引导类加载器加载   2 使用system系统类加载器加载   3 使用应用类加载器在WEB-INF/classes中加载   4 使用应用类加载器在WEB-INF/lib中加载   5 使用common类加载器在CATALINA_HOME/lib中加载

双亲委派-类加载机制

工作流程

收到类加载的请求首先不会自己尝试加载此类,而是委托给父类的加载器去完成. 如果父类加载器没有,继续寻找父类加载器. 搜索了一圈,发现都找不到,然后才是自己尝试加载此类.

优点

但是这种模型只是一种推荐的方式,并不是强制的,你也可以尝试打破这种规则.之所以这样约定,还是有一定的好处的,  Java 类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系.比如自己定义了java.lang.Object 对象,那么按照上面的流程,他永远都是被启动类加载器加载的rt.jar 中的那个类,而不是自己定义的这个类,这样就保证了兄运行的稳定,否则,可能变得非常混乱,可以随意改写任何类.

缺点

premain、main默认是appclassloader,但是tomcat加载catalina是urlclassloader，由于是双亲委托机制，父类appclassloader不能访问子类urlclassloader,所以会报错not found

因为加载不到类，所以会用打破双亲委派，从子类里面加载类。

类加载器

什么时候需要自定义类加载器

从远程(或者文件)加载类,有时候需要加载的类可能并不是在当前的 classpath, 可能需要自己定义类加载器去加载.

自己想实现一个JavaAgent来增强字节码的时候.

例子

WebappClassLoader

WebappClassLoader   context: auditSystem_war_exploded   delegate: false ----------> Parent Classloader: java.net.URLClassLoader@3c0a50da

javaagent 字节码增强

介绍

顶层是应用代码实际运行的 ClassLoader, 可能是Application ClassLoader, 也有可能是 tomcat 的webapp ClassLoader 或者其他容器自定义的类加载器,总之是真实 的用户编写的代码运行的 classloader.

我们如果要在javaagent中增强用户或者用户使用的包进行增强的话,必须实现一个自定义的 classloader 来"继承"(委派)应用代码的类加载器.为什么?

javaagent 的代码永远都是被应用类加载器( Application ClassLoader)所加载,和应用代码的真实加载器无关

举个栗子,当前运行在 tomcat 中的代码是webapp ClassLoader 加载的,如果启动参数加上-javaagent, 这个 javaagent 还是在Application ClassLoader中加载的.

在javaagent中访问应用中的类

按照上面的双亲委派模型,如果我们在 javaagent 中想要访问应用里面的 api 包或者类,这是不可能的,因为按照双亲委派模型,通俗来说就是,子加载器可以访问父加载器中的类,但是反过来就行不通.

那么这个时候有没有办法能够做到呢?

我们可以自定义自己的类加载器继承应用代码类加载器(可以在 javaagent 中完成, javaagent 每加载一个类,就会回调传回真实的类加载器),然后我们在Application ClassLoader 中用自定义的类加载器去加载子类,并创建好实例(newInstance()), 将实例的引用保存 在变量中.

真实运行的时候,就会通过这个变量,去访问我们自定义加载器的内容,又由于我们的自定义类加载器是继承自应用代码的类加载器的,所以自定义类加载器中的代码可以访问应用的代码.

总结一句就是,父类加载器无法加载子类加载器的类,但是可以持有子类加载器所加载类的实例,从而实现父类加载器的代码可以调用子类加载器的代码的形式

例子

实现一个可用的javaagent

例子

TransformUtil中WebappClassLoade类加载失败

javassist.NotFoundException: testpackage.TestClass  at javassist.ClassPool.get(ClassPool.java:430)  at demo01.TransformUtil.getNewByteCode(TransformUtil.java:22)  at demo01.Transformer.transform(Transformer.java:66)  at sun.instrument.TransformerManager.transform(TransformerManager.java:188)  at sun.instrument.InstrumentationImpl.transform(InstrumentationImpl.java:428)  at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)  at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)  at java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)  at org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase.findClassInternal(WebappClassLoaderBase.java:2573)  at org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase.findClass(WebappClassLoaderBase.java:859)  at org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase.loadClass(WebappClassLoaderBase.java:1308)  at org.apache.catalina.loader.WebappClassLoaderBase.loadClass(WebappClassLoaderBase.java:1167)  at com.oneheart.xp.plugin.auditSystem.remindMassage.RemindMassageListService.buildSqlPara(RemindMassageListService.java:32)  at com.oneheart.xp.framework.controller.service.impl.AbsListService.buildSql(AbsListService.java:160)  at com.oneheart.xp.framework.controller.service.impl.AbsListService.calcDataList(AbsListService.java:235)  at com.oneheart.xp.framework.controller.service.impl.AbsListService.listDataJson(AbsListService.java:210)  at com.oneheart.xp.plugin.common.controller.core.BizController$1.call(BizController.java:46)  at com.oneheart.xp.plugin.common.controller.core.BizController.handleRequest(BizController.java:248)  at com.oneheart.xp.plugin.common.controller.core.BizController.handleList(BizController.java:200)  at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)  at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)  at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)  at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)  at org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.doInvoke(InvocableHandlerMethod.java:205)  at org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.invokeForRequest(InvocableHandlerMethod.java:133)  at org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.ServletInvocableHandlerMethod.invokeAndHandle(ServletInvocableHandlerMethod.java:97)  at org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.RequestMappingHandlerAdapter.invokeHandlerMethod(RequestMappingHandlerAdapter.java:827)  at org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.RequestMappingHandlerAdapter.handleInternal(RequestMappingHandlerAdapter.java:738)  at org.springframework.web.servlet.mvc.method.AbstractHandlerMethodAdapter.handle(AbstractHandlerMethodAdapter.java:85)  at org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet.doDispatch(DispatcherServlet.java:967)  at org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet.doService(DispatcherServlet.java:901)  at org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.processRequest(FrameworkServlet.java:970)  at org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.doPost(FrameworkServlet.java:872)  at javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:648)  at org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.service(FrameworkServlet.java:846)  at javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:729)  at org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:292)  at org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:207)  at org.apache.tomcat.websocket.server.WsFilter.doFilter(WsFilter.java:52)  at org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:240)  at org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:207)  at org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter.doFilterInternal(CharacterEncodingFilter.java:197)  at org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107)  at org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:240)  at org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:207)  at org.apache.catalina.core.StandardWrapperValve.invoke(StandardWrapperValve.java:212)  at org.apache.catalina.core.StandardContextValve.invoke(StandardContextValve.java:94)  at org.apache.catalina.authenticator.AuthenticatorBase.invoke(AuthenticatorBase.java:504)  at org.apache.catalina.core.StandardHostValve.invoke(StandardHostValve.java:141)  at org.apache.catalina.valves.ErrorReportValve.invoke(ErrorReportValve.java:79)  at org.apache.catalina.valves.AbstractAccessLogValve.invoke(AbstractAccessLogValve.java:620)  at org.apache.catalina.core.StandardEngineValve.invoke(StandardEngineValve.java:88)  at org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter.service(CoyoteAdapter.java:502)  at org.apache.coyote.http11.AbstractHttp11Processor.process(AbstractHttp11Processor.java:1132)  at org.apache.coyote.AbstractProtocol$AbstractConnectionHandler.process(AbstractProtocol.java:684)  at org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$SocketProcessor.doRun(AprEndpoint.java:2527)  at org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$SocketProcessor.run(AprEndpoint.java:2516)  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)  at org.apache.tomcat.util.threads.TaskThread$WrappingRunnable.run(TaskThread.java:61)  at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

反射找不到类

把javassist.jar包放到instrumentation里面之后，可用找到jar包里面的类了，但是这个类在报错

此路不通，可能需要对javassist.jar有所了解

参考文章

https://www.sohu.com/a/259979540_100212268

深入理解Java ClassLoader及在 JavaAgent 中的对应

https://www.cnblogs.com/segeon/p/10381080.html

实现一个可用的javaagent

https://elasticstack.blog.csdn.net/article/details/110518265

elastic apm