JVM类加载过程

  JVM类加载过程是将类的字节码文件（.class）加载到内存，并转换为运行时数据结构的过程，核心分为加载（Loading）、链接（Linking）、初始化（Initialization）三个阶段，其中链接又包含验证、准备、解析三个子阶段。以下是详细流程：

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1. 加载（Loading）

• 任务：查找并加载类的二进制数据。
• 过程：
  • 通过类的全限定名（如 com.example.MyClass）获取字节码。
  • 将字节码解析为方法区（元空间）的运行时数据结构。
  • 在堆中创建该类的 java.lang.Class 对象，作为访问方法区数据的入口。
• 类加载器：
  • Bootstrap ClassLoader：加载JRE核心库（rt.jar等），C++实现。
  • Extension ClassLoader：加载扩展库（jre/lib/ext目录）。
  • Application ClassLoader：加载用户类路径（ClassPath）下的类。
  • 自定义ClassLoader：用户可继承 ClassLoader 实现自定义加载逻辑。

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2. 链接（Linking）

(1) 验证（Verification）

• 确保字节码合法且符合JVM规范：
  • 文件格式验证：检查魔数（0xCAFEBABE）、版本号等。
  • 元数据验证：检查继承、方法重写等语义（如是否实现抽象方法）。
  • 字节码验证：分析代码逻辑（如操作数栈类型匹配）。
  • 符号引用验证：检查引用的类/方法/字段是否存在（发生在解析阶段）。

(2) 准备（Preparation）

• 为类变量（静态变量） 分配内存并设置默认初始值（非显式赋值）：

  static int value = 123;  // 准备阶段 value = 0，而非123
  

  • 常量（static final）在此阶段直接赋值：

  static final int CONST = 123;  // 准备阶段 CONST = 123
  

(3) 解析（Resolution）

• 将常量池中的符号引用替换为直接引用：
  • 符号引用：用字符串描述引用的目标（如 java/lang/Object）。
  • 直接引用：指向目标在内存中的指针、偏移量等。

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3. 初始化（Initialization）

• 执行类构造器 ()：
  • 为类变量赋显式初始值（如 static int value = 123;）。
  • 执行静态代码块（static {}）。
• 触发条件（首次主动使用类时）：
  • 创建实例（new）、访问静态变量/方法。
  • 反射调用（Class.forName()）、初始化子类等。
• 线程安全：JVM保证 () 的同步执行。

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4. 使用（Using）

• 类完成初始化后，可正常创建对象、调用方法、访问字段。

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5. 卸载（Unloading）

• 条件：类的 Class 对象无引用，且无存活实例。
• 由GC回收方法区（元空间）数据。

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关键特性

1. 双亲委派模型：

   • 类加载请求先委派给父加载器处理。
   • 避免重复加载，保证核心类安全（如用户无法自定义 java.lang.String）。

2. 惰性加载：

   • 类在首次“主动使用”时才初始化（如 new、访问静态字段等）。

3. 类加载示例：

   public class Main {
       public static void main(String[] args) {
           System.out.println(Child.value); // 父类初始化，子类不初始化
       }
   }
   class Parent {
       static int value = 10;
       static { System.out.println("Parent init!"); }
   }
   class Child extends Parent {
       static { System.out.println("Child init!"); }
   }
   // 输出：Parent init!  10
   

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常见问题

• ClassNotFoundException：类加载器找不到类定义。
• NoClassDefFoundError：编译时存在类，运行时缺失。
• 打破双亲委派：如JDBC通过 Thread.currentThread().setContextClassLoader() 实现SPI加载。

理解类加载过程对解决类冲突、热部署、模块化开发等场景至关重要。