【Java】JVM虚拟机（基本概念、类加载机制）
一、基本概念
1、什么是JVM
Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称 JVM ），是java程序运行的核心组件之一，它为java程序运行提供了环境。其核心价值在于实现了" 一次编写，多处运行 " (Write once,run anywhere )的跨平台特性，还提供了内存管理、垃圾回收、安全性以及性能优化等。
2、JVM的组成
JVM 的架构可分为类加载子系统、运行时数据区、执行引擎、本地方法接口四大核心模块，各模块协同工作完成字节码的加载、执行和资源管理。
二、类加载机制
1、概述
Java 的类加载机制是 JVM 将 .class 字节码文件加载到内存中，并对数据进行校验、转换解析、初始化，最终形成可直接使用的 Java 类型的过程。
2、类的生命周期
3、类的加载过程
类加载过程主要包括:加载、验证、准备、解析、初始化，五个阶段。
a、加载
该阶段主要是通过类的完全限定名获取类的二进制字节流，并生成一个代表该类的Class对象，并将其保存在元空间中。
- 字节码来源：
- 本地文件系统（
.class文件）； - 网络（如 Applet 从网络加载）；
- 动态生成（如
JavaCompiler动态编译、CGLib 动态代理生成字节码）； - 归档文件（如 JAR、WAR 包）；
- 数据库或其他数据源。
- 本地文件系统（
b、验证
该阶段主要验证class文件中的字节流包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
c、准备
该阶段是在元空间中为静态变量分配内存，并设置其默认初始值（非显示赋值）。
d、解析
该阶段只要是将常量池中的符号引用替换为直接引用。
e、初始化
该阶段为类加载的最后一步，由
4、类加载的时机
在 Java 中，类的加载时机由 JVM 规范严格定义，主要分为主动引用和被动引用两种情况。主动引用会触发类的初始化（初始化前的加载、验证、准备阶段会自动触发），而被动引用不会触发初始化。
a、主动引用
- new() 创建类的实例
当使用 new 关键字创建类的对象时，类会被初始化。
public class demo01 {
public static void main(String[] args) {
// 触发 MyClass 初始化
MyClass obj = new MyClass();
}
}
class MyClass {
static {
System.out.println("MyClass 初始化");
}
}
//结果：
MyClass 初始化- 调用类的静态方法
当调用类的静态方法（static 方法）时，类会被初始化。
public class demo02 {
public static void main(String[] args) {
// 触发 Calculator 初始化
int result = Calculator.add(1, 2);
}
}
class Calculator {
static {
System.out.println("Calculator 初始化");
}
public static int add(int a, int b) {
return a + b;
}
}
//结果：
Calculator 初始化- 访问静态变量
当访问类的静态变量（static 变量）时，类会被初始化。
public class demo03 {
public static void main(String[] args) {
// 触发 Config 初始化
int port = Config.PORT;
System.out.println("======================");
// 不触发 Config 初始化（直接从调用类的常量池获取值）
int max = Config.MAX;
System.out.println("main结束！！！");
}
}
class Config {
static {
System.out.println("Config 初始化");
}
public static int PORT = 8080; // 非 final 静态变量
public static final int MAX= 100; // 编译期常量
}
// 结果：
Config 初始化
======================
main结束！！！
- 反射调用
当使用反射newInstance()加载类时，类会被初始化。
public class demo04 {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {
// 触发 MyClass 初始化
Class cls = MyClass01.class;
cls.newInstance();
}
}
class MyClass01 {
static {
System.out.println("MyClass 初始化");
}
}
//结果：
MyClass 初始化
- 初始化子类
当初始化子类时，若父类尚未初始化，则会先触发父类的初始化。
public class demo05 {
public static void main(String[] args) {
// 触发 Parent 和 Child 依次初始化
Child child = new Child();
}
}
class Par {
static {
System.out.println("Parent 初始化");
}
}
class Child extends Par {
static {
System.out.println("Child 初始化");
}
}
// 结果：
Parent 初始化
Child 初始化b、被动引用
除主动引用外，所有引用类的方式都不会触发加载，称为被动引用。
- 创建数组
创建类的数组时，不会触发类的初始化
public class demo06 {
public static void main(String[] args) {
data01[] data = new data01[10];
System.out.println("main函数结束！");
}
}
class data01{
static {
System.out.println("data01被初始化");
}
}
//结果：
main函数结束！-
通过子类引用父类的静态变量
子类引用父类的静态变量时，仅触发父类的初始化，子类不会被初始化。
public class demo07 {
public static void main(String[] args) {
// 仅触发 Parent 初始化，Child 不会初始化
System.out.println(Child.value); // 输出 10
}
}
class Parent {
static {
System.out.println("Parent 初始化");
}
public static int value = 10;
}
class Child extends Parent {
static {
System.out.println("Child 初始化");
}
}
//结果：
Parent 初始化
105、类加载器
类加载器是 Java 类加载机制的核心组件，负责将字节码文件加载到 JVM 内存中，并生成对应的 Class 对象。
1、类加载器类型
1. 启动类加载器
- 加载范围：负责加载 JRE 核心类库（如
rt.jar、resources.jar），路径通常为$JAVA_HOME/jre/lib。
2. 扩展类加载
- 加载范围：负责加载 JRE 扩展目录中的类（如
jre/lib/ext目录或java.ext.dirs系统属性指定的路径）
3. 应用程序类加载器
- 加载范围：负责加载用户类路径上的类，即开发者编写的类和依赖的第三方库。
4. 自定义类加载器
- 实现：用于实现特殊加载逻辑（如从网络、数据库加载类）。
2、双亲委派模型
当类加载器收到一个类加载请求时，会首先委派给我自己的父类加载器，而不是自己加载，当向上委派到启动类加载器时，若其无法加载，则该类由子类自行尝试加载。
