类加载机制/类加载器

类加载的完整流程（生命周期）

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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。

  • 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）执行 <clinit>，真正赋值

  • 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

什么时候加载类？

JVM规范并没有强制约束，交给虚拟机具体实现来自由把握

类加载器

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）。

    • 最顶层负责加载：

      java.lang.*

      java.util.*

      加载路径：JAVA_HOME/lib由 C/C++ 实现

    • 父加载器为null，不继承java.lang.ClassLoader。

  • 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。

  • 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。
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）。

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，缘于其加载器始终存在。

关键特性与问题

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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）。

破坏双亲委派模型：

自定义加载器的话，需要继承 ClassLoader 。如果我们不想打破双亲委派模型，就重写 ClassLoader 类中的 findClass() 方法即可，无法被父类加载器加载的类最终会通过这个方法被加载。但是，如果想打破双亲委派模型则需要重写 loadClass() 方法。