四、Java类加载过程

最新推荐文章于 2025-07-13 09:30:59 发布

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#虚拟机 #java #Java类加载 #Java类加载机制

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1. 类的加载

类的加载是指将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区内的方法去内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，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。

类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（Validation）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）7个阶段。其中验证、准备解析3个部分统称为连接（Linking），顺序如下图所示：
这里写图片描述

3.1 加载

“加载”是“类加载”过程的一个阶段，在此阶段虚拟机需要完成以下3件事情：

通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流；
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；
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据结构访问入口

相对于加载的其他阶段而言，加载阶段（准确的说，是加载阶段获取类的二进制字节流的动作）是可控性最强的阶段，因为开发人员既可以使用系统提供的类加载器来完成加载，也可以自定义自己的类加载器来完成加载，加载阶段完成后，虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需要的格式存储在方法区中，而且在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象，这样便可以通过该对象访问方法区中的这些数据。

3.2 连接

连接阶段可拆分为4个：验证（Validation）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）

3.2.1 验证

验证是连接阶段的第一步，该阶段的目的是为了确保Class文件中的字节流所包含的信息如何当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致完成4个检验动作：

文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型；
元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求，例如：这个类是否有父类；
字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的；
符号引用验证：确保解析动作能正确执行；

验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。

3.2.2 准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：

这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。
这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。

假设一个类变量的定义为：public static int value = 123；那么变量value在准备阶段过后的初始值为0，而不是123，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为3的putstatic指令是在程序编译后，存放于类构造器（）方法之中的，所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。

3.2.3 解析

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、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

符号引用：符号引用以一组符号来描述引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可；符号引用于虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不定已经加载到内存中。
直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用于虚拟机实现的内存布局有关，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。