[浅析Ｊ２ＥＥ应用服务器的ＪＡＶＡ类装载器]python 回朔异常的模块

　　摘要：本文首先介绍了JAVA类装载机制的功能、体系结构以及规则，然后以Tomcat服务器为例，分析了J2EE应用服务器的特点，并对其类装载器进行了简单的分析。 　　关键词：类装载器，J2EE应用服务器
　　中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31609-02
　　Brief Research on JAVA Class Loader of J2EE Application Server
　　DAI Xu-yi
　　(College of Software,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)
　　Abstract:The class loader is a fundamental module of JAVA. This article firstly introduces the concept, function, architecture and rules about class loader, and takes the Tomcat application server for example to make a brief analysis of the class loader of J2EE application server. Deep apprehension of class loader will be useful to deploy applications and solve related questions.
　　Key worlds:class loader;J2EE application server
　　
　　1 引言
　　
　　JAVA的类装载器机制是使得JAVA语言具有动态性的重要机制之一。它被广泛地应用在J2EE应用服务器上，了解和分析J2EE的类装载器，可以让我们的应用程序更加灵活地部署在J2EE应用服务器上，解决部署时遇到的问题。
　　
　　2 JAVA类装载器机制
　　
　　JAVA的类装载器是JAVA语言的一个基本模块。它也是JAVA虚拟机(JVM)的一部分。JVM是Java语言底层实现的基础,，实现了JAVA平台的无关性。Java程序包含很多类文件，每一个都与单个Java类相对应，这些类文件并非一次性加载入内存，它们随时需要随时加载。JAVA的类加载器class loader负责从源文件（通常是.class 或 .jar文件，也可以从其它途径例如内存Buffer，网络等）获得不依赖平台的字节码，然后将它们加载到JVM内存空间，并使其成为 JVM 一部分，使得它们能被解释和执行。JVM利用类加载器读取代码，当一个类要使用(例如使用new 关键字来实例化一个类)的时候，类加载器才会加载这个类并初始化。
　　2.1 类装载器的主要功能：
　　(1)对类的请求提供服务
　　当JVM需要使用某个类，会向类加载器请求这个类，类装载器则负责找个这个类并返回给JVM。
　　(2)可以在运行时动态地定位和加载代码、数据和资源，实现动态性。
　　例如，Java 2 默认的类装载器是从本地加载类和资源，我们可以自定义一个类装载器从指定的位置加载类和资源，甚至可以利用不同的类装载器加载一个类的不同版本。
　　2.2类加载器的体系结构：
　　Java 的类装载采用的是设计模式中的代理 (delegation) 模型。当 JVM 要求类装载器装载一个类时 , 类装载器首先将这个类装载请求转发给他的父装载器。只有当父装载器没有装载并无法装载这个类时 , 类装载器才获得装载这个类的机会。这样，所有类装载器的代理关系构成了一种树状的关系。树的根是类的根装载器 (bootstrap ClassLoader) , 在 JVM 中通过getClassLoader()得到的是null，这是因为由它加载的class都是在本地C代码里实现加载的。除根装载器以外的类装载器有且仅有一个父装载器。在创建一个装载器时 , 如果没有显式地给出父装载器 , 那么 JVM 将默认系统装载器为其父装载器。
　　Java 2 的类装载体系结构如图1所示。
　　根装载器(Bootstrap ClassLoader)：该装载器没有父装载器，它是 JVM 实现的一部分，从 sun.boot.class.path 装载运行时库的核心代码。
　　图1
　　扩展装载器(Extension ClassLoader)：继承的父装载器为根装载器，不像根装载器可能与运行时的操作系统有关，这个类装载器是用纯 Java 代码实现的，它从 java.ext.dirs ( 扩展目录 ) 中装载代码。
　　系统装载器(System ClassLoader)：装载器为扩展装载器，我们都知道在安装 JDK 的时候要设置环境变量 (CLASSPATH ) ，这个类装载器就是从 java.class.path(CLASSPATH 环境变量 ) 中装载代码的，它也是用纯 Java 代码实现的，同时还是用户自定义类装载器的缺省父装载器。
　　JAVA的这种类装载机制使得JAVA的核心API总是优先得以加载，一定意义也保证了JAVA的安全性。
　　2.3类装载器规则
　　一致性规则
　　(1)类加载器不能多次加载同一个类
　　JVM利用类加载器读取代码，为每个类加载器维护一个名字空间，用其全名和一个加载类ClassLoader的实例作为唯一标识。因此，如果一个名为Pg的包中，有一个名为Cl的类，被类加载器KlassLoader的一个实例kl1加载，Cl的实例，即C1.class在JVM中表示为(Cl, Pg, kl1)。这意味着两个类加载器的实例(Cl, Pg, kl1) 和 (Cl, Pg, kl2)是不同的，被它们所加载的类也因此完全不同，互不兼容的。例如，如果JVM在某个名字空间中加载了一个称为volcano的类，就不能再在这个名字空间中加载另一个也称为volcano的类，除非你再创建另一个名字空间。也就是说，如果JVM有三个名字空间，你就可以加载三个叫做volcano的类，一个名字空间一个[1]。
　　在JVM中，同一个名字空间中的类是可以直接交互的，在不同名字空间中的类则不行，除非提供另外的机制。这样，名字空间就起到了一个屏障的作用。
　　(2)委托规则:在加载一个类之前,类加载哭总参考父类加载器
　　(3)可见性规则:类只能考到其类加载器的委托加载的其他类，委托是类的加载器及其所有父类的加载器的递归集
　　
　　3 J2EE应用服务器的类装载器
　　
　　J2EE(Java 2 Platform，Enterprise Edition）是SUN公司定义的一个开发分布式企业级应用的规范。它提供了一个多层次的分布式应用模型和一系列开发技术规范。各个平台开发商按照J2EE规范分别开发了不同的J2EE应用服务器，J2EE应用服务器是J2EE企业级应用的部署平台。使用J2EE技术开发的企业级应用可以部署在各种J2EE应用服务器上。
　　3.1 J2EE应用服务器通常应该具备以下特点。
　　(1)应用程序的动态可部署
　　一个部署在J2EE应用服务器上的WEB应用程序，应该做到可以方便的加载和卸载。这个WEB应用程序可以以EAR、WAR或者文件夹等形式存在。这就要求J2EE应用服务器必须动态地定位资源。另外，WEB应用程序一般使用第三方类库，这些也需要J2EE应用服务器必须能加载它们。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　(2)应用程序相互独立
　　J2EE应用服务器里的每个WEB应用程序相互独立，互不影响，各自有自己独立的空间，
　　即使两个WEB应用程序的包名和类名相同，J2EE应用服务器必须能识别它们，并给予正确的加载。
　　(3)热部署
　　J2EE应用服务器在运行的时候应该允许WEB应用程序重新部署新的类，在Web容器中，实现Servlet类或JSP类的动态装载。当一个Servlet或者JSP改变时，根据类装载器的一致性原则，类加载器不能多次加载同一个类，因此如果不重新生成一个classloader对象，这个Servlet或者JSP是不会更新的。
　　基于以上特点，在J2EE应用服务器中，大都需要动态可部署，component之间、application之间可能都会使用自己的ClassLoader。以下以Tomcat 5服务器为例，简单地分析一下该应用服务器的类装载器。
　　3.2 Tomcat的类装载器的简单分析：
　　Tomcat启动的时候，首先修改了$classpath，然后调用org.apache.catalina.startup.Bootstrap开始类的加载：
　　commonLoader = createClassLoader("common", null);
　　//创建catalina ClassLoader,父ClassLoader为common
　　catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
　　//创建server ClassLoader, 父ClassLoader为common
　　sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
　　//创建shared ClassLoader, 父ClassLoader为common
　　createClassLoader (String name, ClassLoader parent)方法会从catalina.properties查找name对应的配置，拼装成URL，并最终调用URLClassLoader(String name,parent)方法。而URLClassLoader是系统装载器的子类，具有从本地装载class，从本地或网络装载jar的功能，此外每个ClassLoader分别覆盖了类装载器的一些抽象方法，动态地查找和加载所需的类和资源，这就实现了第1个特点。最终形成的类装载器体系如图2所示。
　　其中：
　　(1)由于$CLASSPATH在Tomcat启动的时候被重新设置，所以实际装载的类为$CATALINA_HOME/bin/bootstrap.jar和$JAVA_HOME/lib/tools.jar；
　　(2)Common类装载器负责装载$CATALINA_HOME/common/下的类和资源；
　　(3)Catalina类装载器负责装载$CATALINA_HOME/server/下的类和资源，它们仅对TOMCAT可见，对所有的WEB APP都不可见；
　　(4)Shared类装载器负责装载$CATALINA_HOME/shared/下的类和资源，它们仅对所有WEB APP可见，对TOMCAT不可见；
　　(5)WebApp类装载器负责装载/WEB-INF/下的类和资源，它们仅对该WEB APP可见。
　　图2
　　它的实现原理如下：WebappLoader没有完全按Java 2的classLoader代理模型。它首先试着加载应用程序，如果加载成功，返回。否则才请求它的父ClassLoader，即sharedClassLoader。从sharedClassLoader开始，才开始采用代理模型来装载类。这样就使各个Web app中相互独立，不会相互干扰。
　　最后再分析一下tomcat的热部署，tomcat允许通过在webapp的context.xml下设置reloadable属性，来实现当webapp程序发生改变时，是否要自动重新加载。如果设置reloadable=”true”，tomcat就会每隔一个固定的时间（缺省值为15秒）去检查/WEB-INF/classes/和/WEB-INF/lib下面的类是否发生变化，如果发生了变化，org.apache.catalina.loader.WebappLoader里的backgroundProcess方法的如下代码将被执行：
　　if (reloadable && modified()){
　　Thread.currentThread().setContextClassLoader (WebappLoader.class.getClassLoader());
　　// WebappLoader.class.getClassLoader()返回WebappCloassLoader
　　 if (container instanceof StandardContext) {
　　((StandardContext) container).reload();}}
　　StandardContext的reload方法将调用stop()和start()方法重启这个WEB应用，从而重新
　　生成一个ClassLoader对象，因此发生变化的类得以重新加载，而别的应用程序不会受到影响。
　　
　　4 结束语
　　
　　灵活地利用JAVA的类装载机制，可以针对各种不同的需求设计出合理的类装载器，从而达到我们的目的。现在的主流J2EE应用服务器，均有着自己的类装载体系，研究它们，了解它们的机制，可以让我们的应用程序更好地在服务器上得到部署，并且可以有的放矢地解决在部署和应用中所碰到的问题。
　　
　　参考文献：
　　[1]Bill Venners.著.深入Java虚拟机.(第2版) [M].北京:机械工业出版社,2003.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文