JVM 类加载过程笔记
一、概述
JVM（Java Virtual Machine）在运行 Java 程序时，需要将 .class 字节码文件加载到内存中，并转换成可以被 JVM 执行的数据结构，这一过程就是 类加载过程（Class Loading Process）。
JVM 的类加载机制具备高度灵活性与可扩展性，支持自定义类加载器，且类的生命周期分为以下几个阶段：
二、类的生命周期阶段
- 加载（Loading）
- 验证（Verification）
- 准备（Preparation）
- 解析（Resolution）
- 初始化（Initialization）
- （可选）使用（Using）
- （可选）卸载（Unloading）
前五个阶段属于 类加载的过程，使用和卸载属于类的生命周期的后期阶段。
三、类加载的五个阶段详解
1. 加载（Loading）
作用：
将 .class 文件的字节码从磁盘或网络加载到 JVM 内存中，并生成一个 Class 对象。
步骤：
- 通过类的全限定名查找
.class文件。 - 读取字节流。
- 将字节流转换成内存中的数据结构。
- 创建
java.lang.Class类的实例。
说明：
- 使用 类加载器（ClassLoader） 完成。
- 可以自定义类加载器实现特殊的加载逻辑。
2. 验证（Verification）
作用：
确保字节码文件的正确性与安全性，不会破坏 JVM 的稳定性。
主要检查：
- 文件格式验证（魔数、版本号等）
- 元数据验证（类结构正确性）
- 字节码验证（操作码合法性、栈操作正确性）
- 符号引用验证（类和方法是否存在）
3. 准备（Preparation）
作用：
为类的 静态变量 分配内存，并初始化默认值（不包括静态代码块和显式赋值）。
特点：
- 所有静态变量初始化为零值（数值为0，对象为null，boolean为false）。
- 不执行任何 Java 代码。
- 这一步只是内存分配与默认值初始化。
示例：
public class Demo {static int a = 10;
}
在准备阶段，a 的值是 0，真正赋值为 10 的过程发生在 初始化阶段。
4. 解析（Resolution）
作用：
将常量池中的 符号引用 转换为 直接引用。
解析内容：
- 类或接口的符号引用 → 直接引用
- 字段符号引用 → 直接引用
- 方法符号引用 → 直接引用
- 接口方法引用 → 直接引用
说明：
- 并非必须立即解析，可在运行时动态解析（延迟解析）。
- 也可由 JVM 实现决定是否在加载时解析。
5. 初始化（Initialization）
作用：
执行类构造器 <clinit>() 方法，对静态变量进行显式赋值和执行静态代码块。
执行条件：
- 创建类的实例
- 访问类的静态变量或静态方法
- 反射调用 Class.forName()
- 初始化类的子类时，其父类会被先初始化
- JVM 启动时指定的主类（含 main 方法）
注意：
- 每个类只会初始化一次。
- 父类先于子类初始化。
四、类加载器（ClassLoader）
类加载器的类型
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| Bootstrap ClassLoader（启动类加载器） | 加载 java.* 核心类库（由 C++ 实现，非 Java 类） |
| Extension ClassLoader（扩展类加载器） | 加载 ext 目录下的类（如 jre/lib/ext） |
| Application ClassLoader（系统类加载器） | 加载应用类路径（classpath）下的类 |
| 自定义类加载器 | 用户可以继承 ClassLoader 实现自己的加载逻辑 |
双亲委派模型（Parent Delegation Model）
工作流程：
- 当前类加载器收到加载请求。
- 委派给父类加载器。
- 父类加载器继续向上委托，直到 Bootstrap ClassLoader。
- 若父加载器无法加载，再由当前加载器尝试加载。
优点：
- 避免类的重复加载。
- 保证核心类安全性（如 java.lang.String 永远由启动类加载器加载）。
五、类的卸载（Unloading）
条件：
- 该类的
Class对象没有任何引用。 - 加载该类的类加载器没有任何引用。
- JVM 才能卸载该类。
说明：
- 卸载的前提是类加载器无引用，通常发生在动态部署的模块或插件系统中。
- 主动卸载需要结合自定义类加载器。
六、类加载过程图解
┌────────────┐│ .class 文件 │└────┬───────┘↓┌────────────┐│ 加载 Loading│└────┬───────┘↓┌───────────────────┐│ 验证 Verification │└────┬──────────────┘↓┌────────────────┐│ 准备 Preparation│└────┬───────────┘↓┌──────────────┐│ 解析 Resolution│└────┬─────────┘↓┌─────────────────────┐│ 初始化 Initialization│└─────────────────────┘