在一般的web应用开发里通常会使用开发工具（如Eclipse、IntelJ）集成tomcat，这样可以将web工程项目直接发布到tomcat中，然后一键启动。经常遇到的一种情况是直接修改一个类的源文件，此时开发工具会直接将编译后的class文件发布到tomcat的web工程里，但如果tomcat没有配置应用的自动加载功能的话，当前JVM中运行的class还是源文件修改之前编译好的class文件。可以重启tomcat来加载新的class文件，但这样做需要再手工点击一次【restart】，为了能够在应用中即时看到java文件修改之后的执行情况，可以在tomcat中将应用配置成自动加载模式，其配置很简单，只要在配置文件的Context节点中加上一个reloadable属性为true即可，示例如下：

<Context path="/HelloWorld" docBase="C:/apps/apache-tomcat/DeployedApps/HelloWorld" reloadable="true"/>

如果你的开发工具已经集成了tomcat的话应该会有一个操作界面配置来代替手工添加文件信息，如Eclipse中是如下界面来配置的：

此时需要把【Auto reloading enabled】前面的复选框钩上。其背后的原理实际也是在server.xml文件中加上Context节点的描述：

<Context docBase="test" path="/test" reloadable="true"/>

这样Tomcat就会监控所配置的web应用实际路径下的/WEB-INF/classes和/WEB-INF/lib两个目录下文件的变动，如果发生变更tomcat将会自动重启该应用。 

熟悉Tomcat的人应该都用过这个功能，就不再详述它的配置步骤了。我感兴趣的是这个自动加载功能在Tomcat7中是怎么实现的。

在 前面的文章 中曾经讲过Tomcat7在启动完成后会有一个后台线程ContainerBackgroundProcessor[StandardEngine[Catalina]]，这个线程将会定时（默认为10秒）执行Engine、Host、Context、Wrapper各容器组件及与它们相关的其它组件的backgroundProcess方法，这段代码在所有容器组件的父类org.apache.catalina.core.ContainerBase类的backgroundProcess方法中： 

public void backgroundProcess() {                  if (!getState().isAvailable())             return;          if (cluster != null) {             try {                 cluster.backgroundProcess();             } catch (Exception e) {                 log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.cluster", cluster), e);                             }         }         if (loader != null) {             try {                 loader.backgroundProcess();             } catch (Exception e) {                 log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.loader", loader), e);                             }         }         if (manager != null) {             try {                 manager.backgroundProcess();             } catch (Exception e) {                 log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.manager", manager), e);                             }         }         Realm realm = getRealmInternal();         if (realm != null) {             try {                 realm.backgroundProcess();             } catch (Exception e) {                 log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.realm", realm), e);                             }         }         Valve current = pipeline.getFirst();         while (current != null) {             try {                 current.backgroundProcess();             } catch (Exception e) {                 log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.valve", current), e);                             }             current = current.getNext();         }         fireLifecycleEvent(Lifecycle.PERIODIC_EVENT, null);     }

与自动加载类相关的代码在loader的backgroundProcess方法的调用时。每一个StandardContext会关联一个loader变量，该变量的初始化代码在org.apache.catalina.core.StandardContext类的startInternal方法中的这段代码：

if (getLoader() == null) {             WebappLoader webappLoader = new WebappLoader(getParentClassLoader());             webappLoader.setDelegate(getDelegate());             setLoader(webappLoader);         }

所以上面的loader.backgroundProcess()方法的调用将会执行org.apache.catalina.loader.WebappLoader类的backgroundProcess方法：

public void backgroundProcess() {         if (reloadable && modified()) {             try {                 Thread.currentThread().setContextClassLoader                     (WebappLoader.class.getClassLoader());                 if (container instanceof StandardContext) {                     ((StandardContext) container).reload();                 }             } finally {                 if (container.getLoader() != null) {                     Thread.currentThread().setContextClassLoader                         (container.getLoader().getClassLoader());                 }             }         } else {             closeJARs(false);         }     }

其中reloadable变量的值就是本文开始提到的配置文件的Context节点的reloadable属性的值，当它为true并且modified()方法返回也是true时就会执行StandardContext的reload方法：

public synchronized void reload() {          // Validate our current component state         if (!getState().isAvailable())             throw new IllegalStateException                 (sm.getString("standardContext.notStarted", getName()));          if(log.isInfoEnabled())             log.info(sm.getString("standardContext.reloadingStarted",                     getName()));          // Stop accepting requests temporarily.         setPaused(true);          try {             stop();         } catch (LifecycleException e) {             log.error(                 sm.getString("standardContext.stoppingContext", getName()), e);         }          try {             start();         } catch (LifecycleException e) {             log.error(                 sm.getString("standardContext.startingContext", getName()), e);         }          setPaused(false);          if(log.isInfoEnabled())             log.info(sm.getString("standardContext.reloadingCompleted",                     getName()));      }

reload方法中将先执行stop方法将原有的该web应用停掉，再调用start方法启动该Context，start方法的分析前文已经说过，stop方法可以参照start方法一样分析，不再赘述。

这里重点要说的是上面提到的监控文件变动的方法modified，只有它返回true才会导致应用自动加载。看下该方法的实现： 

public boolean modified() {         return classLoader != null ? classLoader.modified() : false ;     }

可以看到这里面实际调用的是WebappLoader的实例变量classLoader的modified方法来判断的，下文就详细分析这个modified方法的实现。

先简要说一下Tomcat中的加载器。在Tomcat7中每一个web应用对应一个Context节点，这个节点在JVM中就对应一个org.apache.catalina.core.StandardContext对象，而每一个StandardContext对象内部都有一个加载器实例变量（即其父类org.apache.catalina.core.ContainerBase的loader实例变量），前面已经看到这个loader变量实际上是org.apache.catalina.loader.WebappLoader对象。而每一个WebappLoader对象内部关联了一个classLoader变量（就这这个类的定义中，可以看到该变量的类型是org.apache.catalina.loader.WebappClassLoader）。

在Tomcat7的源码中给出了6个web应用：

 
所以在Tomcat启动完成之后理论上应该有6个StandardContext对象，6个WebappLoader对象，6个WebappClassLoader对象。用jvisualvm观察实际情况也证实了上面的判断：

StandardContext实例数

WebappLoader实例数

WebappClassLoader实例数

上面讲过了WebappLoader的初始化代码，接下来讲一下WebappClassLoader的对象初始化代码。同样还是在StandardContext类的startInternal方法中，有这么两段代码： 

if (getLoader() == null) {             WebappLoader webappLoader = new WebappLoader(getParentClassLoader());             webappLoader.setDelegate(getDelegate());             setLoader(webappLoader);         }

这一段上面已经说过是WebappLoader的初始化代码。

try {              if (ok) {                                  // Start our subordinate components, if any                 if ((loader != null) && (loader instanceof Lifecycle))                     ((Lifecycle) loader).start();

这一段与WebappLoader的对象相关，执行的就是WebappLoader类的start方法，因为WebappLoader继承自LifecycleBase类，所以调用它的start方法最终将会执行该类自定义的startInternal方法，看下startInternal方法中的这段代码： 

classLoader = createClassLoader();             classLoader.setResources(container.getResources());             classLoader.setDelegate(this.delegate);             classLoader.setSearchExternalFirst(searchExternalFirst);             if (container instanceof StandardContext) {                 classLoader.setAntiJARLocking(                         ((StandardContext) container).getAntiJARLocking());                 classLoader.setClearReferencesStatic(                         ((StandardContext) container).getClearReferencesStatic());                 classLoader.setClearReferencesStopThreads(                         ((StandardContext) container).getClearReferencesStopThreads());                 classLoader.setClearReferencesStopTimerThreads(                         ((StandardContext) container).getClearReferencesStopTimerThreads());                 classLoader.setClearReferencesHttpClientKeepAliveThread(                         ((StandardContext) container).getClearReferencesHttpClientKeepAliveThread());             }              for (int i = 0; i < repositories.length; i++) {                 classLoader.addRepository(repositories[i]);             }              // Configure our repositories             setRepositories();             setClassPath();              setPermissions();              ((Lifecycle) classLoader).start();

一开始调用了createClassLoader方法：

/**      * Create associated classLoader.      */     private WebappClassLoader createClassLoader()         throws Exception {          Class<?> clazz = Class.forName(loaderClass);         WebappClassLoader classLoader = null;          if (parentClassLoader == null) {             parentClassLoader = container.getParentClassLoader();         }         Class<?>[] argTypes = { ClassLoader.class };         Object[] args = { parentClassLoader };         Constructor<?> constr = clazz.getConstructor(argTypes);         classLoader = (WebappClassLoader) constr.newInstance(args);          return classLoader;      }

可以看出这里通过反射实例化了一个WebappClassLoader对象。

回到文中上面提的问题，看下WebappClassLoader的modified方法代码： 

/**      * Have one or more classes or resources been modified so that a reload      * is appropriate?      */     public boolean modified() {          if (log.isDebugEnabled())             log.debug("modified()");          // Checking for modified loaded resources         int length = paths.length;          // A rare race condition can occur in the updates of the two arrays         // It's totally ok if the latest class added is not checked (it will         // be checked the next time         int length2 = lastModifiedDates.length;         if (length > length2)             length = length2;          for (int i = 0; i < length; i++) {             try {                 long lastModified =                     ((ResourceAttributes) resources.getAttributes(paths[i]))                     .getLastModified();                 if (lastModified != lastModifiedDates[i]) {                     if( log.isDebugEnabled() )                         log.debug("  Resource '" + paths[i]                                   + "' was modified; Date is now: "                                   + new java.util.Date(lastModified) + " Was: "                                   + new java.util.Date(lastModifiedDates[i]));                     return (true);                 }             } catch (NamingException e) {                 log.error("    Resource '" + paths[i] + "' is missing");                 return (true);             }         }          length = jarNames.length;          // Check if JARs have been added or removed         if (getJarPath() != null) {              try {                 NamingEnumeration<Binding> enumeration =                     resources.listBindings(getJarPath());                 int i = 0;                 while (enumeration.hasMoreElements() && (i < length)) {                     NameClassPair ncPair = enumeration.nextElement();                     String name = ncPair.getName();                     // Ignore non JARs present in the lib folder                     if (!name.endsWith(".jar"))                         continue;                     if (!name.equals(jarNames[i])) {                         // Missing JAR                         log.info("    Additional JARs have been added : '"                                  + name + "'");                         return (true);                     }                     i++;                 }                 if (enumeration.hasMoreElements()) {                     while (enumeration.hasMoreElements()) {                         NameClassPair ncPair = enumeration.nextElement();                         String name = ncPair.getName();                         // Additional non-JAR files are allowed                         if (name.endsWith(".jar")) {                             // There was more JARs                             log.info("    Additional JARs have been added");                             return (true);                         }                     }                 } else if (i < jarNames.length) {                     // There was less JARs                     log.info("    Additional JARs have been added");                     return (true);                 }             } catch (NamingException e) {                 if (log.isDebugEnabled())                     log.debug("    Failed tracking modifications of '"                         + getJarPath() + "'");             } catch (ClassCastException e) {                 log.error("    Failed tracking modifications of '"                           + getJarPath() + "' : " + e.getMessage());             }          }          // No classes have been modified         return (false);      }

这段代码从总体上看共分成两部分，第一部分检查web应用中的class文件是否有变动，根据class文件的最近修改时间来比较，如果有不同则直接返回true，如果class文件被删除也返回true。第二部分检查web应用中的jar文件是否有变动，如果有同样返回true。稍有编程经验的人对于以上比较代码都容易理解，但对这些变量的值，特别是里面比较时经常用到WebappClassLoader类的实例变量的值是在什么地方赋值的会比较困惑，这里就这点做一下说明。

以class文件变动的比较为例，比较的关键代码是： 

long lastModified =                     ((ResourceAttributes) resources.getAttributes(paths[i]))                     .getLastModified();                 if (lastModified != lastModifiedDates[i]) {

即从WebappClassLoader的实例变量resources中取出文件当前的最近修改时间，与WebappClassLoader原来缓存的该文件的最近修改时间做比较。

关于resources.getAttributes方法，看下resources的声明类型javax.naming.directory.DirContext可知实际这里面执行的是通常的JNDI查询一个属性的方法（如果对JNDI不熟悉请看一下JNDI的相关文档大致了解一下，这里不再做单独介绍），所以有必要把resources变量究竟是何对象拎出来说一下。

在上面看WebappLoader的startInternal方法的源码里createClassLoader()方法调用并赋值给classLoader下一行： 

classLoader.setResources(container.getResources());

这里设置的resources就是上面用到的resources变量，可以看到它实际是WebappLoader所关联容器的实例变量resources。按前面的描述所关联的容器及StandardContext，再来看看StandardContext中resources是怎么赋值的。

还是在StandardContext的startInternal方法中，开头部分有这段代码： 

// Add missing components as necessary         if (webappResources == null) {   // (1) Required by Loader             if (log.isDebugEnabled())                 log.debug("Configuring default Resources");             try {                 if ((getDocBase() != null) && (getDocBase().endsWith(".war")) &&                         (!(new File(getBasePath())).isDirectory()))                     setResources(new WARDirContext());                 else                     setResources(new FileDirContext());             } catch (IllegalArgumentException e) {                 log.error("Error initializing resources: " + e.getMessage());                 ok = false;             }         }         if (ok) {             if (!resourcesStart()) {                 log.error( "Error in resourceStart()");                 ok = false;             }         }

因为默认的应用是不是war包发布，而是以目录形式发布的所以会执行setResources(new FileDirContext())方法。这里稍微曲折的地方是setResources里实际只是给StandardContext的webappResources变量赋值，而StandardContext的resources变量赋为null，在上面源码中的最后resourcesStart方法的调用中才会给resources赋值。看下resourcesStart方法：

public boolean resourcesStart() {          boolean ok = true;          Hashtable<String, String> env = new Hashtable<String, String>();         if (getParent() != null)             env.put(ProxyDirContext.HOST, getParent().getName());         env.put(ProxyDirContext.CONTEXT, getName());          try {             ProxyDirContext proxyDirContext =                 new ProxyDirContext(env, webappResources);             if (webappResources instanceof FileDirContext) {                 filesystemBased = true;                 ((FileDirContext) webappResources).setAllowLinking                     (isAllowLinking());             }             if (webappResources instanceof BaseDirContext) {                 ((BaseDirContext) webappResources).setDocBase(getBasePath());                 ((BaseDirContext) webappResources).setCached                     (isCachingAllowed());                 ((BaseDirContext) webappResources).setCacheTTL(getCacheTTL());                 ((BaseDirContext) webappResources).setCacheMaxSize                     (getCacheMaxSize());                 ((BaseDirContext) webappResources).allocate();                 // Alias support                 ((BaseDirContext) webappResources).setAliases(getAliases());                                  if (effectiveMajorVersion >=3 && addWebinfClassesResources) {                     try {                         DirContext webInfCtx =                             (DirContext) webappResources.lookup(                                     "/WEB-INF/classes");                         // Do the lookup to make sure it exists                         webInfCtx.lookup("META-INF/resources");                         ((BaseDirContext) webappResources).addAltDirContext(                                 webInfCtx);                     } catch (NamingException e) {                         // Doesn't exist - ignore and carry on                     }                 }             }             // Register the cache in JMX             if (isCachingAllowed()) {                 String contextName = getName();                 if (!contextName.startsWith("/")) {                     contextName = "/" + contextName;                 }                 ObjectName resourcesName =                      new ObjectName(this.getDomain() + ":type=Cache,host="                                     + getHostname() + ",context=" + contextName);                 Registry.getRegistry(null, null).registerComponent                     (proxyDirContext.getCache(), resourcesName, null);             }             this.resources = proxyDirContext;         } catch (Throwable t) {             ExceptionUtils.handleThrowable(t);             log.error(sm.getString("standardContext.resourcesStart"), t);             ok = false;         }          return (ok);      }

可以看出resources赋的是proxyDirContext对象，而proxyDirContext是一个代理对象，代理的就是webappResources，按上面的描述即org.apache.naming.resources.FileDirContext。

org.apache.naming.resources.FileDirContext继承自抽象父类org.apache.naming.resources.BaseDirContext，而BaseDirContext又实现了javax.naming.directory.DirContext接口。所以JNDI操作中的lookup、bind、getAttributes、rebind、search等方法都已经在这两个类中实现了。当然里面还有JNDI规范之外的方法如list等。

这里就看下前面看到的getAttributes方法的调用，在BaseDirContext类中所有的getAttributes方法最终都会调用抽象方法doGetAttributes来返回查询属性的结果，这个方法在FileDirContext的定义如下：

protected Attributes doGetAttributes(String name, String[] attrIds)         throws NamingException {          // Building attribute list         File file = file(name);          if (file == null)             return null;          return new FileResourceAttributes(file);      }

可以看到内部执行了file方法：

/**      * Return a File object representing the specified normalized      * context-relative path if it exists and is readable.  Otherwise,      * return <code>null</code>.      *      * @param name Normalized context-relative path (with leading '/')      */     protected File file(String name) {          File file = new File(base, name);         if (file.exists() && file.canRead()) {              if (allowLinking)                 return file;                          // Check that this file belongs to our root path             String canPath = null;             try {                 canPath = file.getCanonicalPath();             } catch (IOException e) {                 // Ignore             }             if (canPath == null)                 return null;              // Check to see if going outside of the web application root             if (!canPath.startsWith(absoluteBase)) {                 return null;             }              // Case sensitivity check - this is now always done             String fileAbsPath = file.getAbsolutePath();             if (fileAbsPath.endsWith("."))                 fileAbsPath = fileAbsPath + "/";             String absPath = normalize(fileAbsPath);             canPath = normalize(canPath);             if ((absoluteBase.length() < absPath.length())                 && (absoluteBase.length() < canPath.length())) {                 absPath = absPath.substring(absoluteBase.length() + 1);                 if (absPath == null)                     return null;                 if (absPath.equals(""))                     absPath = "/";                 canPath = canPath.substring(absoluteBase.length() + 1);                 if (canPath.equals(""))                     canPath = "/";                 if (!canPath.equals(absPath))                     return null;             }          } else {             return null;         }         return file;      }

了解java的文件操作的人这段代码就很容易理解了，实际就是根据传入的文件名查找目录下是否存在该文件，如果存在则返回包装了的文件属性对象FileResourceAttributes。FileResourceAttributes类实际是对java.io.File类做了一层包装，如getLastModified方法实际调用的是File类的lastModified方法返回。

long lastModified =                     ((ResourceAttributes) resources.getAttributes(paths[i]))                     .getLastModified();                 if (lastModified != lastModifiedDates[i]) {

以上分析了上面这段代码中((ResourceAttributes) resources.getAttributes(paths[i])).getLastModified()这部分，但两个内置变量paths和lastModifiedDates值究竟什么时候赋的呢？

这个简要说一下WebappClassLoader这个自定义类加载器的用法，在Tomcat中所有web应用内WEB-INF\classes目录下的class文件都是用这个类加载器来加载的，一般的自定义加载器都是覆写ClassLoader的findClass方法，这里也不例外。WebappClassLoader覆盖的是URLClassLoader类的findClass方法，而在这个方法内部最终会调用findResourceInternal(String name, String path)方法：

该方法代码段较长，为不偏离主题，摘出本文描述相关的代码段：

// Register the full path for modification checking                     // Note: Only syncing on a 'constant' object is needed                     synchronized (allPermission) {                          int j;                          long[] result2 =                             new long[lastModifiedDates.length + 1];                         for (j = 0; j < lastModifiedDates.length; j++) {                             result2[j] = lastModifiedDates[j];                         }                         result2[lastModifiedDates.length] = entry.lastModified;                         lastModifiedDates = result2;                          String[] result = new String[paths.length + 1];                         for (j = 0; j < paths.length; j++) {                             result[j] = paths[j];                         }                         result[paths.length] = fullPath;                         paths = result;                      }

这里可以看到在加载一个新的class文件时会给WebappClassLoader的实例变量lastModifiedDates和paths数组添加元素。这里就解答了上面提到的文件变更比较代码的疑问。要说明的是在tomcat启动后web应用中所有的class文件并不是全部加载的，而是配置在web.xml中描述的需要与应用一起加载的才会立即加载，否则只有到该类首次使用时才会由类加载器加载。

关于Tomcat的自定义类加载器是一个很有意思的话题，可说的地方很多，后面会专文另述。而关于jar包文件变动的比较代码同class文件比较的类似，同样是取出当前web应用的WEB-INF\lib目录下的所有jar文件，与WebappClassLoader内部缓存的jarNames数组做比较，如果文件名不同或新加或删除了jar文件都返回true。

但这里jarNames变量的初始赋值代码在WebappClassLoader类的addJar方法中的开头部分：

if ((jarPath != null) && (jar.startsWith(jarPath))) {              String jarName = jar.substring(jarPath.length());             while (jarName.startsWith("/"))                 jarName = jarName.substring(1);              String[] result = new String[jarNames.length + 1];             for (i = 0; i < jarNames.length; i++) {                 result[i] = jarNames[i];             }             result[jarNames.length] = jarName;             jarNames = result;          }

而addJar方法是在WebappLoader类的startInternal方法中，上面已经给出与这个相关的代码，里面的这段代码部分：

// Configure our repositories             setRepositories();             setClassPath();

在setRepositories的方法最后部分：

try {                     JarFile jarFile = new JarFile(destFile);                     classLoader.addJar(filename, jarFile, destFile);                 } catch (Exception ex) {                     // Catch the exception if there is an empty jar file                     // Should ignore and continue loading other jar files                     // in the dir                 }                  loaderRepositories.add( filename );

即在tomcat启动时的加载web应用的过程里就会加载该应用的lib目录下的所有jar文件，同时给WebappClassLoader的实例变量jarNames添加数组元素。

addJar方法的调用路径

在看jar包加载的代码时会不断碰到resources对象list、getAttributes等方法的调用，记住这里实际上调用的是上面提到的FileDirContext的相关方法，也即对于文件的查询访问方法就清楚了。