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Java Gossip: 簡介 ClassLoader

Java在需要使用類別的時候，才會將類別載入，Java的類別載入是由類別載入器（Class loader）來達到的，預設上，在程式啟動之後，主要會有三個類別載入器：Bootstrap Loader、ExtClassLoader與AppClassLoader。

Bootstrap Loader是由C++撰寫而成，預設上它負責搜尋JRE所在目錄的classes或lib目錄下的.jar檔案中（例如rt.jar）是否有指定的類別並載入（實際上是由系統參數sun.boot.class.path指定）；預設上ExtClassLoader負責搜尋JRE所在目錄的lib/ext 目錄下的classes或.jar中是否有指定的類別並載入（實際上是由系統參數java.ext.dirs指定）；AppClassLoader則搜尋 Classpath中是否有指定的classes並載入（由系統參數java.class.path指定）。

Bootstrap Loader會在JVM啟動之後載入，之後它會載入ExtClassLoader並將ExtClassLoader的parent設為Bootstrap Loader，然後BootstrapLoader再載入AppClassLoader，並將AppClassLoader的parent設定為 ExtClassLoader。

在載入類別時，每個類別載入器會先將載入類別的任務交由其parent，如果parent找不到，才由自己負責載入，如果自己也找不到，就會丟出 NoClassDefFoundError。

每一個類別被載入後，都會有一個Class的實例來代表它，每個Class的實例都會記得是哪個ClassLoader載入它的，可以由Class的getClassLoader()取得載入該類別的ClassLoader。

來撰寫一個簡單的程式測試類別載入器，首先寫一個測試類別：
  • ClassLoaderTest.java 
public class ClassLoaderTest {
    static {
        System.out.println("類別被載入...");
    }
}

將這個類別先放在Classpath的路徑下，然後撰寫以下的程式：
  • ClassPathDemo.java 
public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoaderTest test = new ClassLoaderTest();
 
        ClassLoader loader = 
                       test.getClass().getClassLoader();

        System.out.println(loader);
        System.out.println(loader.getParent());
        System.out.println(loader.getParent().getParent());
    }
}

執行程式之後，會出現以下的訊息：   
類別被載入...
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@82ba41
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@923e30
null

這表示ClassLoaderTest類別是由sun.misc.Launcher產生的AppClassLoader所載入，而 AppClassLoader的parent是ExtClassLoader（AppClassLoader與ExtClassLoader都是內部類 別），ExtClassLoader的parent則是Bootstrap Loader，最後一個顯示null並不是表示沒有ClassLoader，而是因為Bootstrap Loader是由C++撰寫而成，在Java中並沒有一個實際代表它的類別，因而沒有類別實例來表示Bootstrap Loader。

如果把ClassLoaderTest的class檔案放到JRE目錄下的lib/ext/classes下，並重新執行程式，您會看到以下的訊息：
類別被載入...
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@923e30
null
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at ClassLoaderDemo.main(ClassLoaderDemo.java:9)

 
這次ClassLoaderTest是由ExtClassLoader找到了，由於Bootstrap Loader並沒有代表它的實例，所以是null，因而最後一行試圖再使用getParent()時會出現NullPointException。

如果您將ClassLoaderTest的class檔案移至JRE目錄下的classes目錄下，執行程式的話會出現以下的訊息：
類別被載入...
null
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at ClassLoaderDemo.main(ClassLoaderDemo.java:8)

出現null訊息，表示這次ClassLoaderTest是由Bootstrap Loader載入的。

這邊只是對類別載入器作個簡單的描述，想更深入瞭解類別載入器，可參考這篇 深入類別載入器。