将无形变有形，JVM 中类加载的过程详解

导语

在 Java 程序中，类是程序的基本组成单位，程序通过创建对象来使用类，但是类本身是如何在 JVM 中被加载的呢？类加载是一个复杂的过程，涉及多个阶段和不同的类加载器。在本文中，我们将深入浅出地讲解类加载的各个阶段，探讨类加载器是如何将无形的代码转化为有形存在的对象，以及它们在 Java 程序中的作用。

类加载的七个阶段

一个类的生命周期从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）和卸载（Unloading）。

1. 加载（Loading）

加载阶段是类加载的第一个阶段，在这个阶段，类加载器会从文件系统或网络中读取类的二进制数据，并将其存储在内存中。类加载器使用不同的机制来加载类，例如系统类加载器会加载 Java 核心库中的类，而应用程序类加载器会加载用户自定义的类。

2. 验证（Verification）

验证阶段是类加载的第二个阶段，在这个阶段，JVM 会对类进行一系列的验证检查，以确保类符合 Java 虚拟机规范。验证检查包括：

• 字节码校验：JVM 会检查类的字节码是否符合 Java 虚拟机规范，以确保类不会执行任何非法操作。
• 元数据校验：JVM 会检查类的元数据是否符合 Java 虚拟机规范，以确保类具有正确的格式和结构。
• 符号引用校验：JVM 会检查类的符号引用是否指向有效的类、方法或字段，以确保类可以正确地引用其他类和成员。

3. 准备（Preparation）

准备阶段是类加载的第三个阶段，在这个阶段，JVM 会为类分配内存空间，并初始化类的静态变量。静态变量是指用 static 修饰的变量，这些变量在类加载时被初始化，并且在类的整个生命周期中都存在。

4. 解析（Resolution）

解析阶段是类加载的第四个阶段，在这个阶段，JVM 会将类的符号引用解析为直接引用。符号引用是指类、方法或字段的名称，而直接引用是指类、方法或字段的内存地址。解析过程包括：

• 类解析：JVM 会将类的符号引用解析为类的直接引用。
• 方法解析：JVM 会将方法的符号引用解析为方法的直接引用。
• 字段解析：JVM 会将字段的符号引用解析为字段的直接引用。

5. 初始化（Initialization）

初始化阶段是类加载的第五个阶段，在这个阶段，JVM 会执行类的静态代码块和构造方法。静态代码块是指用 static 关键字修饰的代码块，这些代码块在类加载时执行，并且在类的整个生命周期中只执行一次。构造方法是类的特殊方法，用于创建类的实例，当创建类的实例时，JVM 会执行类的构造方法。

6. 使用（Using）

使用阶段是类加载的第六个阶段，在这个阶段，JVM 会将类加载到内存中，并可以使用类来创建对象。当创建一个类的实例时，JVM 会分配内存空间给对象，并调用类的构造方法来初始化对象。

7. 卸载（Unloading）

卸载阶段是类加载的最后一个阶段，在这个阶段，JVM 会将类从内存中卸载。类卸载的条件包括：

• 类不再被任何对象引用。
• 类所属的类加载器被卸载。
• JVM 内存不足。

类加载器的作用

类加载器在 Java 程序中扮演着重要的角色，它们负责将类加载到 JVM 内存中。类加载器有以下作用：

• 隔离不同的类：类加载器可以将不同的类加载到不同的类加载器中，从而隔离不同的类，防止它们相互影响。
• 提高安全性：类加载器可以提高 Java 程序的安全性，因为它们可以控制哪些类可以被加载到 JVM 内存中。
• 提高性能：类加载器可以提高 Java 程序的性能，因为它们可以缓存已经加载过的类，从而避免重复加载。

总结

类加载是 Java 虚拟机的重要组成部分，它负责将类加载到内存中，并使其可以使用。类加载是一个复杂的过程，涉及多个阶段和不同的类加载器。了解类加载的过程和类加载器的作用，有助于我们更深入地理解 Java 虚拟机的工作原理。