“你了解Java的类加载机制吗？”

曾经终败给现在 2022-03-01 04:08 136阅读 0赞

【原创】 IT讲坛 2019-03-20 21:56:43

# 我是面试官 #

面试官：你精通Java吗？谈一下对Java的类加载机制的理解。

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网友："首先将java编译成虚拟机承认的class字节码文件，然后运行..."。

这样的答案，你要是面试官你会满意吗？肯定是不满意的，说的马马虎虎！更别提offer了。

就比如，好多类一级一级的继承，加上静态代码块，重写无参构造方法，最后来一个测试类，让你判断输出的顺序，想必这样的面试题，准确的说是笔试题，绝大多数人会遇到。但是你有答对过吗？

有的甚至遇到了多次，但是每次都是得过且过，最后弄了个不了了之，也没有明白到底值怎么回事儿。

今天呢，我们就将这种问题拿到台面上说。帮助大家好好地理解下java里面类的加载机制。

**文末有实战！**

# Java类加载机制 #

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**Java类加载机制的六个阶段**

当我们的Java代码编译完成后，会生成对应的 class 文件。接着我们运行java Demo命令的时候，我们其实是启动了JVM 虚拟机执行 class 字节码文件的内容。

而 JVM 虚拟机执行 class 字节码的过程大致可以分为六个阶段：**加载、验证、准备、解析、初始化、卸载。**

下面我们就针对这6个阶段好好地理解下。

# 1.加载 #

加载阶段是类加载过程的第一个阶段。在这个阶段，JVM 的主要目的是将字节码从各个位置（网络、磁盘等地方）转化为二进制字节流加载到内存中，接着会为这个类在 JVM 的方法区创建一个对应的 Class 对象，这个 Class 对象就是这个类各种数据的请求入口。

其实加载阶段用一句话来描述就是：把代码数据加载到内存中。

# 2.验证 #

当 JVM 加载完 Class 字节码文件并在方法区创建对应的 Class 对象之后，JVM 便会启动对该字节码流的校验，只有符合 JVM 字节码规范的文件才能被 JVM 正确执行。其中校验分为以下几步：

JVM规范校验。JVM 会对字节流进行文件格式校验，判断其是否符合 JVM 规范，是否能被当前版本的虚拟机处理。

代码逻辑校验。JVM 会对代码组成的数据流和控制流进行校验，确保 JVM 运行该字节码文件后不会出现致命错误。

# 3.准备 #

当完成字节码文件的校验之后，JVM 便会开始为类变量分配内存并初始化。这里需要注意两个关键点，即内存分配的对象以及初始化的类型。

内存分配的对象。Java 中的变量有「类变量」和「类成员变量」两种类型，「类变量」指的是被 static 修饰的变量，而其他所有类型的变量都属于「类成员变量」。在准备阶段，JVM 只会为「类变量」分配内存，而不会为「类成员变量」分配内存。「类成员变量」的内存分配需要等到初始化阶段才开始。

比如下面的代码在准备阶段，只会为 age 属性分配内存，而不会为 website 属性分配内存。

public static int age= 3;

public String website = "www.beijingdesigner.com";

例如下面的代码在准备阶段之后，age的值将是 0，而不是 3。

public static int age= 3;

但如果一个变量是常量（被 static final 修饰）的话，那么在准备阶段，属性便会被赋予用户希望的值。例如下面的代码在准备阶段之后，number 的值将是 3，而不是 0。

public static final int number = 3;

这其中的道理我们想下就明白了。

两个语句的区别是一个有 final 关键字修饰，另外一个没有。被final修饰的常量，是不允许再被改变的。所以初始化就是3了。

# 4.解析 #

当通过准备阶段之后，JVM 针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符 7 类引用进行解析。这个阶段的主要任务是将其在常量池中的符号引用替换成直接其在内存中的直接引用。

# 5.初始化使用 #

到了初始化阶段，用户定义的 Java 程序代码才真正开始执行。在这个阶段，JVM 会根据语句执行顺序对类对象进行初始化，一般来说当 JVM 遇到下面 情况的时候会触发初始化：

遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。

# 6.卸载 #

当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存。

# 实战分析 #

了解了Java的类加载机制之后，下面我们通过几个例子测试一下。

public class GrandFather {
    
        static {
            System.out.println("GrandFather在静态代码块");
        }
    }

public class Father extends GrandFather {
        static {
            System.out.println("Father在静态代码块");
        }
    
        public static int age = 25;
    
        public Father() {
            System.out.println("我是Father~");
        }
    }

public class Son extends Father {
        static {
            System.out.println("Son在静态代码块");
        }
    
        public Son() {
            System.out.println("我是Son~");
        }
    }

测试类：

public class FGSTest {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("Father的岁数:" + Son.age); //入口
        }
    }

**思考一下，上面的代码最后的输出结果是什么？**

最终的输出结果是：

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GrandFather在静态代码块

Father在静态代码块

Father的岁数:25

也许会有人问为什么没有输出「Son在静态代码块」这个字符串？

这是因为对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化（执行静态代码块），因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。

# 分析 #

对面上面的这个例子，我们可以从入口开始分析：

首先程序到 main 方法这里，使用标准化输出 Son 类中的 age类成员变量，但是 Son 类中并没有定义这个类成员变量。于是往父类去找，我们在 Father 类中找到了对应的类成员变量，于是触发了 Father 的初始化。

但根据我们上面说到的初始化情况，我们需要先初始化 Father 类的父类，也就是先初始化 GrandFather类再初始化 Father 类。于是我们先初始化 GrandFather 类输出：「GrandFather在静态代码块」，再初始化 Father 类输出：「Father在静态代码块」。

最后，所有父类都初始化完成之后，Son 类才能调用父类的静态变量，从而输出：「Father的岁数:25」。

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