【Java面试】说说类加载机制(流程)

忘是亡心i 2024-03-31 17:22 65阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  类加载流程详解
 *  对象的创建流程
 *  加载流程
 *  装载(Load)
 *  链接(Link)
 *   *  验证(Verify)
     *  准备(Prepare)
     *  解析(Resolve)
 *  初始化(Initialize)
 *  卸载(Unload)
 *  面试

## [类加载流程详解][Link 1] ##

## [对象的创建流程][Link 2] ##

## 加载流程 ##

类的加载流程如下：  
转载(Load)->链接(Link)->初始化(Initialize)->使用(Use)->卸载(Unload)  
其中链接又包含验证(Verify)，准备(Prepare)，解析(Resolve)

## 装载(Load) ##

查找和导入class文件  
（1）通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流  
（2）将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构  
（3）在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口([对于这一点的解析][Link 3])

> Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。  
> ![在这里插入图片描述][889262a10c8e46fc9dc0a3f09703d815.png]

特别注意，加载是懒惰执行的，也就是只用再代码中使用到了这个类，才会加载这个类，否则这个类是不会出现在内存空间中的。

## 链接(Link) ##

### 验证(Verify) ###

保证被加载类的正确性

*  文件格式验证
 *  元数据验证
 *  字节码验证
 *  符号引用验证

![在这里插入图片描述][099cf631e7954e878dd489151b57557c.png]

### 准备(Prepare) ###

为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值  
![在这里插入图片描述][fda4b2569bd44a2ea33153bbc6e52ec8.png]

### 解析(Resolve) ###

把类中的符号引用转换为直接引用

[符号引用和直接引用][Link 4]  
![在这里插入图片描述][7a1e9fcdabec442abbd58c06845c05b0.png]  
上面图片是一张字节码文件的照片，可以发现\#2=String后面写的是\#44，那么我们跳到\#44发现是一个Utf8，后面有一个Jack，其实此时\#44就是一个符号引用，直接引用是Jack，Utf8表示的是编码。如果还不理解，可以发现\#1后面有一个Methodref，表示的是方法引用，后面是\#10.\#43，\#10表示的是Class，\#43表示的是NameAndType，此时\#43对应的就是符号引用，而具体的方法 < init >，Void类型，在\#26，\#27，此时只有\#26和\#27是直接引用，其他都是符号引用。

符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。  
直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

> 解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。  
> 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用限定符7类符号引用进行。

## 初始化(Initialize) ##

执行静态代码块与非final静态变量的赋值，final静态变量已经链接部分赋值完成了。  
![在这里插入图片描述][7e73dde24ceb4634918f868d0218580f.png]  
在准备阶段完成的时候，age的值为。  
这个阶段完毕之后，此时age对应的值为10了。  
初始化也是懒惰执行的。  
特别注意，如果代码中的静态变量是基本类型并且被final修饰，那么如果直接使用类.静态变量名的方式来访问这个静态常量，那么不会导致这个类的加载，而如果这个静态常量是引用类型，比如字符串，那么就会导致这个类的加载。  
同时，如果你试着将你的字节码文件通过javap -c -v -p来反编译得到能看得懂的代码，那么就会发现，非final静态变量以及静态代码块中的所有数据都会在一个static函数中进行赋值执行，而final静态变量在这个static函数执行之前已经执行了。

## 卸载(Unload) ##

由Java虚拟机⾃带的类加载器所加载的类，在虚拟机的⽣命周期中，始终不会被卸载。  
Java虚拟机⾃带的类加载器包括根类加载器、扩展类加载器和系统类加载器。  
Java虚拟机本⾝会始终引⽤这些类加载器，而这些类加载器则会始终引⽤它们所加载的类的Class对象，因此这些Class对象始终是可触及的。  
由用户自定义的类加载器加载的类是可以被卸载的。

## 面试 ##

面试官：请说说你对类加载机制的理解  
我：好的。  
我：类加载机制可以分为如下五个流程：加载，链接，初始化，使用，卸载。  
其中，链接又可以分为：验证、准备和解析。  
我们知道，我们的Java代码编写完毕经过JVM编译之后会得到class文件，当我们的项目需要使用某个类的时候，就需要将这个类加载。在**加载**这个部分，首先需要跳过全类名获取定义此类的二进制字节流，然后将这个静态的存储结构转换为方法区中的运行时的数据结构。然后在内存中生成一个代表该类的Class对象，作为方法区这个类的访问入口。  
之后就开始进入到链接阶段，第一步就是进行**验证**。  
其目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合《Java虚拟机规范》的约束要求，保证这些信息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。  
**准备阶段**即正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，也就是类中被static修饰的变量，此时赋值的默认值根据各种类型将会不同，比如int是0，boolean类型是false等，而如果类变量同时被final修饰，那么类变量的值直接为编写代码时设定的值，而实例变量是在对象初始化阶段随着对象一块分配在Java堆中的。  
**解析阶段**是将虚拟机常量池内的符号引用转换为直接引用的过程，程序执行方法的时候，需要知道方法的位置，Java为每个类都设定了一个方法表，只需要将符号要用解析为直接引用，并得到这个直接引用在方法表中的偏移量就可以知道方法的位置了，从而调用方法。  
完成上面的阶段就到了初始化阶段，它是执行初始化方法的阶段，是类加载的最后一步，在这一步JVM才开始执行Java程序代码（字节码）。  
使用阶段也就是我们在项目中使用一个类的阶段，最后就是类的卸载阶段。  
类卸载的条件比较苛刻，需要满足

*  该类的所有的实例对象都已被 GC，也就是说堆不存在该类的实例对象。
 *  该类没有在其他任何地方被引用
 *  该类的类加载器的实例已被 GC

其中，在JVM的生命周期中，JVM自带的类加载器是不会被卸载的，而我们自己定义的类加载器有可能。

[Link 1]: https://javaguide.cn/java/jvm/class-loading-process.html#%E7%B1%BB%E7%9A%84%E7%94%9F%E5%91%BD%E5%91%A8%E6%9C%9F
[Link 2]: https://blog.csdn.net/Zhangsama1/article/details/129118999?spm=1001.2014.3001.5501
[Link 3]: https://blog.csdn.net/Zhangsama1/article/details/128266212?spm=1001.2014.3001.5502
[889262a10c8e46fc9dc0a3f09703d815.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/4e4176fefee3419c86ea0280507b0bdf.png
[099cf631e7954e878dd489151b57557c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/1586f5d98eca4ac187a32157df23ed60.png
[fda4b2569bd44a2ea33153bbc6e52ec8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/254baa634f6a4032b6867d7654a1cfc0.png
[Link 4]: https://blog.csdn.net/weixin_41490593/article/details/95110259
[7a1e9fcdabec442abbd58c06845c05b0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/1442a182e3ff4b5589e9391d7946b71a.png
[7e73dde24ceb4634918f868d0218580f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/87445acba019460c925ce0b4abd4cda1.png