谈谈Java的类加载过程

青旅半醒 2022-11-26 01:43 44阅读 0赞

## **前言** ##

一个Java文件从编码完成到最终执行，一般主要包括两个过程

*  编译
 *  运行

**编译**，即把我们写好的java文件，通过javac命令编译成字节码，也就是我们常说的.class文件。

**运行**，则是把编译生成的.class文件交给Java虚拟机(JVM)执行。

而我们所说的类加载过程即是指JVM虚拟机把.class文件中类信息加载进内存，并进行解析生成对应的class对象的过程。

举个通俗点的例子来说，JVM在执行某段代码时，遇到了class A， 然而此时内存中并没有class A的相关信息，于是JVM就会到相应的class文件中去寻找class A的类信息，并加载进内存中，这就是我们所说的类加载过程。

由此可见，JVM不是一开始就把所有的类都加载进内存中，而是只有第一次遇到某个需要运行的类时才会加载，且**只加载一次**。

## **类加载** ##

类加载的过程主要分为三个部分：

*  加载
 *  链接
 *  初始化

而链接又可以细分为三个小部分：

*  验证
 *  准备
 *  解析

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## **加载** ##

简单来说，加载指的是把class字节码文件从各个来源通过类加载器装载入内存中。

这里有两个重点：

*  **字节码来源**。一般的加载来源包括从本地路径下编译生成的.class文件，从jar包中的.class文件，从远程网络，以及动态代理实时编译
 *  **类加载器**。一般包括**启动类加载器**，**扩展类加载器**，**应用类加载器**，以及用户的**自定义类加载器**。

**注：为什么会有自定义类加载器？**

*  一方面是由于java代码很容易被反编译，如果需要对自己的代码加密的话，可以对编译后的代码进行加密，然后再通过实现自己的自定义类加载器进行解密，最后再加载。
 *  另一方面也有可能从非标准的来源加载代码，比如从网络来源，那就需要自己实现一个类加载器，从指定源进行加载。

## **验证** ##

主要是为了保证加载进来的字节流符合虚拟机规范，不会造成安全错误。

包括对于**文件格式的验证**，比如常量中是否有不被支持的常量？文件中是否有不规范的或者附加的其他信息？

对于**元数据的验证**，比如该类是否继承了被final修饰的类？类中的字段，方法是否与父类冲突？是否出现了不合理的重载？

对于**字节码的验证**，保证程序语义的合理性，比如要保证类型转换的合理性。

对于**符号引用的验证**，比如校验符号引用中通过全限定名是否能够找到对应的类？校验符号引用中的访问性（private，public等）是否可被当前类访问？

## **准备** ##

主要是为类变量（注意，不是实例变量）分配内存，并且赋予**初值**。

特别需要注意，**初值，不是代码中具体写的初始化的值**，而是Java虚拟机根据不同变量类型的默认初始值。

比如8种**基本类型**的初值，默认为0；**引用类型**的初值则为null；**常量**的初值即为代码中设置的值，final static tmp = 456， 那么该阶段tmp的初值就是456

## **解析** ##

将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

两个重点：

*  **符号引用**。即一个字符串，但是这个字符串给出了一些能够唯一性识别一个方法，一个变量，一个类的相关信息。
 *  **直接引用**。可以理解为一个内存地址，或者一个偏移量。比如**类方法，类变量**的直接引用是指向方法区的**指针**；而**实例方法，实例变量**的直接引用则是从实例的头指针开始算起到这个实例变量位置的**偏移量**

举个例子来说，现在调用方法hello()，这个方法的地址是1234567，那么hello就是符号引用，1234567就是直接引用。

在解析阶段，虚拟机会把所有的类名，方法名，字段名这些符号引用替换为具体的内存地址或偏移量，也就是直接引用。

## **初始化** ##

这个阶段主要是对**类变量**初始化，是执行类构造器的过程。

换句话说，只对static修饰的变量或语句进行初始化。

如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。

如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。

## **总结** ##

类加载过程只是一个类生命周期的一部分，在其前，有编译的过程，只有对源代码编译之后，才能获得能够被虚拟机加载的字节码文件；在其后还有具体的类使用过程，当使用完成之后，还会在方法区垃圾回收的过程中进行卸载。如果想要了解Java类整个生命周期的话，可以自行上网查阅相关资料，这里不再多做赘述。

在面试过程中类加载过程虽然是一个老生常谈的问题，但是往往从这个问题还可以衍生出很多其他重要的知识点，已经罗列在下文中，如果大家感兴趣的话，可以自行学习，小编也会在之后的文章中，对其中的一些问题进行解答和总结。

**相关扩展知识点：**

*  Java虚拟机的基本机构？
 *  什么是类加载器？
 *  简单谈一下类加载的双亲委托机制？
 *  普通Java类的类加载过程和Tomcat的类加载过程是否一样？区别在哪？
 *  简单谈一下Java堆的垃圾回收机制？