Java类加载机制
Java 的类加载机制是 JVM（Java 虚拟机）的核心组成部分，负责将字节码（.class 文件）加载到内存并转换为可执行状态。以下是关于类加载机制的详细知识点：
一、类加载的基本概念
定义
类加载是指将类的字节码数据（.class 文件）读入内存，解析并生成对应的java.lang.Class对象，使类能够被 JVM 使用的过程。时机
类加载通常在首次使用类时触发（懒加载），例如：- 创建类的实例（
new关键字） - 调用类的静态方法或访问静态变量
- 反射调用（
Class.forName()） - 初始化子类时（需先加载父类）
- 创建类的实例（
二、类加载的完整流程（生命周期）
类从加载到卸载经历 5 个阶段，其中加载、验证、准备、初始化、卸载的顺序是固定的，解析阶段可能与初始化交叉进行：
1. 加载（Loading）
- 任务：通过类的全限定名（如
com.example.User）获取其字节码数据，并生成Class对象。 - 来源：字节码可来自本地文件、网络、数据库、动态生成（如 CGLib）等。
- 关键组件：类加载器（ClassLoader）负责此阶段。
2. 验证（Verification）
- 任务：确保字节码符合 JVM 规范，避免恶意或无效字节码危害虚拟机安全。
- 验证内容：
- 文件格式验证（魔数、版本号等）
- 元数据验证（类继承关系、字段方法合法性）
- 字节码验证（指令逻辑正确性）
- 符号引用验证（常量池引用有效性）
3. 准备（Preparation）
- 任务：为类的静态变量分配内存并设置初始默认值（非显式赋值）。
- 例如：
public static int a = 10;在准备阶段a的值为0（int 默认值），显式赋值在初始化阶段执行。
- 例如：
- 注意：仅静态变量（类变量）参与此阶段，实例变量在对象创建时分配内存。
4. 解析（Resolution）
- 任务：将常量池中的符号引用（如类名、方法名）转换为直接引用（内存地址）。
- 触发时机：通常在初始化前完成，但某些情况下（如动态绑定）会延迟到运行时解析。
5. 初始化（Initialization）
- 任务：执行类的初始化逻辑，包括：
- 静态变量的显式赋值
- 静态代码块（
static {}）的执行
- 顺序规则：
- 父类初始化优先于子类
- 静态变量和静态代码块按代码出现顺序执行
- 触发条件（主动使用）：
- 创建实例、调用静态方法 / 变量
- 反射（
Class.forName()） - 启动类（含
main方法的类） - 初始化子类时触发父类初始化
三、类加载器（ClassLoader）
类加载器负责 “加载” 阶段，通过全限定名获取字节码。JVM 中存在以下几类加载器：
1. 内置类加载器
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）
- 由 C++ 实现（非 Java 类），负责加载 JDK 核心类库（如
rt.jar、resources.jar）。 - 父加载器为
null，不继承java.lang.ClassLoader。
- 由 C++ 实现（非 Java 类），负责加载 JDK 核心类库（如
扩展类加载器（Extension ClassLoader）
- 加载 JDK 扩展目录（如
jre/lib/ext）中的类。 - 父加载器为启动类加载器。
- 加载 JDK 扩展目录（如
应用程序类加载器（Application ClassLoader）
- 加载用户类路径（
classpath）下的类，是默认的类加载器。 - 父加载器为扩展类加载器。
- 加载用户类路径（
2. 自定义类加载器
- 继承
java.lang.ClassLoader，重写findClass()方法（推荐）或loadClass()方法。 - 应用场景：热部署、加密类解密、从非标准来源加载类等。
3. 双亲委派模型
定义：类加载时，先委托父加载器加载，父加载器无法加载时才由当前加载器尝试加载。
流程：
自定义加载器 → 应用程序类加载器 → 扩展类加载器 → 启动类加载器
（若所有父加载器均无法加载，则由当前加载器调用findClass()加载）作用：
- 避免类重复加载（保证同一个类在 JVM 中唯一）。
- 保护核心类库（如
java.lang.String不会被恶意替换）。
破坏双亲委派：
可通过重写loadClass()方法实现（如 Tomcat 的类加载器需隔离不同 Web 应用）。
四、类的卸载
- 当类的
Class对象不再被引用，且加载该类的类加载器被回收时，类会被卸载。 - 条件：
- 该类的所有实例已被回收。
- 该类的
Class对象无引用。 - 加载该类的类加载器已被回收。
- 注意：JVM 内置加载器加载的类（如核心类库）通常不会被卸载，因为其加载器始终存在。
五、关键特性与问题
类的唯一性
一个类的唯一性由 “全限定名 + 类加载器” 共同决定。不同加载器加载的同全限定名类视为不同类。延迟加载与预加载
- 大多数类采用延迟加载（首次使用时加载）。
- 少数类（如
java.lang.Object）会被 JVM 预加载。
常见异常
ClassNotFoundException：类加载器无法找到指定类（如类路径错误）。NoClassDefFoundError：类编译时存在，但运行时未找到（如依赖缺失）。
总结
Java 类加载机制通过 “加载 - 验证 - 准备 - 解析 - 初始化” 的流程，结合双亲委派模型，保证了类的安全加载和 JVM 的稳定性。理解类加载机制对排查类冲突、实现热部署等场景至关重要。