大厂面试必知：虚拟机类加载机制详解（上）

虚拟机类加载概述

在上一篇文章中，我们提到了在给对象分配内存之前需要经过类加载过程，类被虚拟机加载、解析、初始化后才会根据对象大小进行内存分配。那虚拟机是如何进行类加载、解析、初始化的呢？

类加载过程中虚拟机进行了诸多准备和操作，包括：

• 检查是否需要对类进行加载
• 获取类的二进制字节流
• 将字节流解析成方法区结构
• 在堆区生成与类相关的各种数据结构
• 生成Java虚拟机内部所使用的常量池并将其放入方法区
• 校验类的正确性
• 为类创建一个用于执行的java.lang.Class对象，作为方法区类的各种数据的访问入口

Java虚拟机类加载器

类加载器（ClassLoader）是Java虚拟机用于加载类的一类特殊实例，也是Java类加载子系统的一个基础组成部分，它负责将存储在Class文件（文件后缀为.class）中的Java字节码加载到Java虚拟机中。

类加载器通常由Java虚拟机实现，根据不同的类加载器，Java虚拟机将类加载请求分配给不同的类加载器去处理。Java虚拟机中包含多种类型的类加载器，常见的有以下四种：

1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

启动类加载器是Java虚拟机中最早也是最重要的类加载器，它负责加载Java虚拟机运行所必须的类，如rt.jar中的类。启动类加载器是Java虚拟机的一部分，由Java虚拟机实现，因此无法直接在Java程序中访问。

2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

扩展类加载器负责加载Java虚拟机安装目录中的扩展库中的类，如lib/ext目录下的类。扩展类加载器由Java虚拟机实现，因此无法直接在Java程序中访问。

3. 系统类加载器（System ClassLoader）

系统类加载器负责加载Java应用程序的类路径中的类。系统类加载器由Java虚拟机实现，因此无法直接在Java程序中访问。

4. 用户自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）

用户自定义类加载器是Java程序员自定义的类加载器，它用于加载Java程序中的类。用户自定义类加载器可以继承java.lang.ClassLoader类，并重写父类的loadClass()方法实现自己的类加载逻辑。

Java虚拟机类加载过程

Java虚拟机将类的加载过程分为四个步骤：

1. 加载（Loading）

加载步骤负责将Class文件从文件系统或网络加载到内存中。加载步骤由类加载器负责完成。

2. 链接（Linking）

链接步骤负责对加载后的类进行链接操作，包括：

• 验证：验证类是否符合Java虚拟机的规范，包括字节码的格式、类结构是否正确等。
• 准备：为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值。
• 解析：将类的符号引用转换为直接引用。

链接步骤由Java虚拟机完成。

3. 初始化（Initialization）

初始化步骤负责对类的静态变量进行初始化，包括：

• 给类的静态变量分配内存
• 将类的静态变量初始化为指定的初始值

初始化步骤由Java虚拟机完成。

4. 卸载（Unloading）

卸载步骤负责将不再使用的类从内存中卸载。卸载步骤由Java虚拟机完成。