Java的JVM类加载机制是什么

本篇内容介绍了“Java的JVM类加载机制是什么”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

Java虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这个过程被称作虚拟机的类加载机制。当Java程序运行时，Java虚拟机会按需加载类，即在程序需要使用某个类时才会加载该类。

类的生命周期如下图：

JVM的类加载机制包括加载、连接（ 验证、准备、解析）、初始化 3个阶段。

加载（Loading）

加载（Loading） 阶段主要是查找并加载字节码文件，这个文件可以是来自本地文件系统、网络、jar包等地方。加载后，生成一个对应的Class对象。

加载类时会做以下工作：

1. 根据类的全限定名查找并读取类的二进制数据。类的二进制数据可以来自文件、网络、数据库等各种数据源。

2. 将类的二进制数据转换成方法区内部的数据结构。在转换的过程中，JVM会对类的二进制数据进行解析和校验。

3. 在方法区内存储该类的相关信息，包括类的名称、修饰符、常量池、字段描述符、方法描述符、接口描述符、方法表等。

4. 生成一个代表该类的Class对象，并将该对象存放在JVM的堆内存中。Class对象包含了类的各种信息，可以用于创建类的实例、获取类的方法和字段等操作。

需要注意的是，在加载类的过程中，JVM会遵循一定的双亲委派机制，即先委派给父类加载器尝试加载，如果父类加载器无法加载，则由当前类加载器进行加载。这样可以保证类的加载不会重复，避免出现类似的类被多次加载的情况。有关类加载器可以查看我之前的文章。

加载阶段与连接阶段的部分动作（如一部分字节码文件格式验证动作）是交叉进行的，加载阶段尚未完成，连接阶段可能已经开始，但这些夹在加载阶段之中进行的动作，仍然属于连接阶段的一部分，这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。

连接（Linking）

连接阶段是Java虚拟机将类文件中的符号引用转换为直接引用的过程，会对字节码文件进行验证、准备、解析。

• 验证（Verification）：在这个阶段，JVM会对字节码进行验证，以确保其符合Java虚拟机规范，并且不会对虚拟机造成安全威胁。验证的内容包括静态分析、字节码验证、符号引用验证等。如果验证失败，JVM会抛出VerifyError异常。

• 准备（Preparation）：在这个阶段，JVM会为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值（零值）。这个阶段不会执行任何Java代码，只是为静态变量分配内存空间。例如将int类型的静态变量赋值为0。

public static int staticValue = 123;

准备阶段初始化只是将静态变量初始化为默认值，比如上面这段代码，不同数据类型都有其默认值，初始化是只是将staticValue赋予默认值0，也就是staticValue = 0，只有在初始化阶段才会将staticValue赋值为123，也就是staticValue = 123。但是如果是staticValue是个常量public static final int staticValue = 123，准备阶段才会将staticValue赋值为123。

• 解析（Resolution）：在这个阶段，JVM会将类、接口、字段和方法的符号引用解析为直接引用。符号引用是指用来描述某个类、字段或方法的名称和类型的符号，而直接引用则是指直接指向内存中的具体位置的引用。解析的过程包括将类或接口的符号引用解析为直接引用、将字段的符号引用解析为直接引用、将类中方法的符号引用解析为直接引用。

初始化（Initialization）

初始化阶段是指在类被首次主动使用时执行的阶段，虚拟机会执行类的初始化代码，包括静态变量的赋值和静态代码块的执行等操作。

初始化阶段是类加载的最后一个阶段，在该阶段，JVM会执行以下操作：

1. 执行静态变量赋值操作：在这个阶段，JVM会对所有的静态变量进行初始化并赋值。这些静态变量的值通常在类定义中已经被明确定义了，JVM会根据定义进行相应的赋值操作。

2. 执行静态代码块：如果类定义中包含有静态代码块，那么在该阶段JVM会执行这些静态代码块中的代码。

3. 调用类的初始化方法：在Java程序中，可以使用static关键字来定义一个类的静态初始化方法（即static void methodName()）。在该阶段，JVM会调用这个类的静态初始化方法。

类初始化的时机

类初始化时机包括以下四种情况：

• 创建该类的实例对象时，例如使用 new 关键字创建对象，类的初始化将被触发 如果一个类是程序执行的入口类（即包含 main() 方法的类），那么也会触发该类的初始化操作。

• 子类初始化会触发父类初始化：当一个子类被初始化时，其父类也会被初始化。这意味着，如果一个类没有被使用，那么它的父类也不会被初始化。

• 当调用类的静态方法（不包括final方法和private方法）或访问类的静态字段（不包括final字段）时，类的初始化将被触发。

• 当使用反射API对类进行某些操作时（例如使用Class.forName()方法加载类、调用Class.newInstance()方法创建对象、调用Method.invoke()方法调用方法等），类的初始化将被触发。

初始化是线程安全的JVM保证一个类的初始化只会由一个线程去执行，其他线程需要等待该线程完成后才能访问该类。

下面用一个简单的Java代码示例，展示JVM类加载机制中初始化阶段的示例

public class MyClass {

    // 静态变量
    public static String staticStr = "Hello, world!";

    static {
        System.out.println("MyClass is initialized.");
    }

    // 构造方法
    public MyClass() {
        System.out.println("MyClass constructor is called.");
    }

    // 静态方法
    public static void staticMethod() {
        System.out.println("MyClass staticMethod is called.");
    }
}

在上述代码中，类MyClass包含一个静态变量staticStr、一个静态代码块和一个构造方法，以及一个静态方法staticMethod。当程序首次使用MyClass类时，JVM将会触发MyClass类的初始化阶段。可以通过下面的代码来测试类的初始化：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MyClass.staticStr); // 调用静态变量，触发类初始化
        MyClass.staticMethod(); // 调用静态方法，触发类初始化
        MyClass obj = new MyClass(); // 创建对象，触发类初始化
    }
}

在上面的代码中，首先输出了MyClass类的静态变量staticStr，此时会触发MyClass类的初始化；然后调用了静态方法staticMethod，同样会触发MyClass类的初始化；最后创建了一个MyClass对象，也会触发MyClass类的初始化。运行上述代码，可以看到以下输出：

MyClass is initialized.
Hello, world!
MyClass staticMethod is called.
MyClass constructor is called.

输出结果表明，MyClass类的初始化确实在首次使用该类时被触发，包括静态变量、静态代码块、静态方法和构造方法都被执行了。

此外，如果一个类是另一个类的子类，那么在使用子类时，父类也会被初始化。例如：

public class MyBaseClass {
    static {
        System.out.println("MyBaseClass is initialized.");
    }
}

public class MySubClass extends MyBaseClass {
    static {
        System.out.println("MySubClass is initialized.");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MySubClass obj = new MySubClass(); // 创建子类对象，触发父类和子类初始化
    }
}

在上述代码中，当创建MySubClass类的对象时，将会触发MyBaseClass和MySubClass类的初始化。运行上述代码，可以看到以下输出：

MyBaseClass is initialized.
MySubClass is initialized.

“Java的JVM类加载机制是什么”的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注捷杰建站网站，小编将为大家输出更多高质量的实用文章！