Tomcat 启动流程与类加载机制

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1. 引言

Tomcat 的启动不仅仅是简单的 java -jar 或 catalina.sh start。
它背后包含 Bootstrap 启动器、Catalina 控制器、Server/Service/Connector/Container 初始化 等关键步骤。

另一方面，Tomcat 为了支持 热部署、不同应用间类隔离，设计了 破坏双亲委派机制的类加载模型，这是 Java Web 容器的核心机制。

本篇我们将从 启动流程 和 类加载机制 两方面，全面剖析 Tomcat 内核。

2. Tomcat 启动流程总览

Tomcat 的启动过程主要分为以下几个阶段：

Bootstrap 初始化
- 加载 catalina.properties
- 初始化 Tomcat 的类加载器体系
Catalina 初始化
- 创建 Catalina 对象
- 解析 server.xml 配置文件
Server 与 Service 构建
- 创建 StandardServer
- 创建 StandardService，并绑定 Connector 与 Container
启动 Server
- 调用 server.start()
- 启动 Service → 启动 Connector（协议监听） & Container（加载 Web 应用）

👉 流程图：

Bootstrap↓
Catalina↓
Server (StandardServer)↓
Service (StandardService)↓
Connector + Container↓
应用可对外提供服务

3. 启动入口：Bootstrap

Tomcat 的入口类是 org.apache.catalina.startup.Bootstrap：

public final class Bootstrap {public static void main(String[] args) {Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();bootstrap.init();bootstrap.start();}
}

主要步骤：

init()
- 加载系统属性、解析配置文件
- 创建类加载器：CatalinaClassLoader
start()
- 反射调用 org.apache.catalina.startup.Catalina 的 load() 方法
- Catalina 进一步加载 server.xml 并初始化 Server

4. Catalina 控制器

org.apache.catalina.startup.Catalina 是 Tomcat 的 核心控制器，负责解析配置文件并启动 Server：

public void load() {Digester digester = createStartDigester(); // XML 解析器InputSource inputSource = getConfigFile("server.xml");digester.parse(inputSource); // 解析 server.xmlserver = (Server) digester.getRoot();
}

使用 Digester（基于 SAX 的 XML 解析器）解析 server.xml
创建 Server → Service → Connector/Container 的对象模型
保存到内存，供后续启动调用

5. Server 与 Service 初始化

Tomcat 的核心组件是通过 server.xml 配置加载的：

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN"><Service name="Catalina"><Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"/><Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"><Host name="localhost" appBase="webapps"/></Engine></Service>
</Server>

Server：代表整个 Tomcat 实例
Service：将 Connector 和 Container 组合
Connector：监听端口、接收请求
Container：四层容器体系（Engine → Host → Context → Wrapper）

6. Server 启动流程

当调用 server.start() 时：

Server.start() → 启动所有 Service
Service.start() → 启动 Connector 和 Container
Connector.start() → 打开端口，开始监听 HTTP/AJP 请求
Container.start() → 加载 Web 应用，初始化 Servlet

源码片段：

public class StandardServer extends LifecycleBase {@Overrideprotected void startInternal() throws LifecycleException {for (Service service : services) {service.start(); // 启动 Service}}
}

7. Tomcat 的类加载机制

普通 Java 程序的类加载遵循 双亲委派机制：

BootstrapClassLoader↓
ExtClassLoader↓
AppClassLoader↓
用户自定义类加载器

但是 Tomcat 必须满足：

不同 Web 应用类相互隔离
公共类（如 Servlet API）在所有应用共享
支持热部署、重新加载

因此 Tomcat 打破了双亲委派，设计了 多层类加载器模型。

8. Tomcat 类加载器体系

Tomcat 的类加载器层次：

Bootstrap ClassLoader（JVM 内置，加载 rt.jar 等）
System ClassLoader（AppClassLoader）
CommonClassLoader（加载 $CATALINA_HOME/lib）
CatalinaClassLoader（加载 Tomcat 自身核心类）
SharedClassLoader（应用共享类）
WebAppClassLoader（应用私有类，加载 WEB-INF/classes 和 WEB-INF/lib）

👉 层次关系图：

BootstrapClassLoader↓
SystemClassLoader↓
CommonClassLoader├── CatalinaClassLoader (Tomcat 内部类)├── SharedClassLoader (共享库)└── WebAppClassLoader (应用隔离)

9. 破坏双亲委派的实现

Tomcat 的 WebAppClassLoaderBase 重写了 loadClass 方法：

@Override
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {// 1. 先从缓存中找Class<?> clazz = findLoadedClass(name);if (clazz == null) {try {// 2. 先自己尝试加载clazz = findClass(name);} catch (ClassNotFoundException e) {// 3. 加载不到再交给父加载器clazz = super.loadClass(name, resolve);}}return clazz;
}