Java 类加载详解

在 Java 中，类加载是一个重要的过程，涉及到如何将类的字节码文件加载到 JVM 中并生成对应的 Class 对象。本文将详细介绍类加载的步骤、类加载器的工作原理以及双亲委派模型。

1. 类加载的步骤

类加载过程主要分为以下几个阶段：

1.1 加载（Loading）

• 获取字节流：通过全类名获取定义该类的二进制字节流。
• 转换为运行时数据结构：将字节流转换为方法区的运行时数据结构。
• 生成 Class 对象：在内存中生成一个代表该类的 Class 对象，作为访问这些数据的入口。

1.2 连接（Linking）

连接过程又可分为三个步骤：

• 验证（Verification）：

  • 确保字节码文件符合 JVM 规范，不包含安全风险。
  • 包括字节码验证、符号引用验证、类型检查等。

• 准备（Preparation）：

  • 为类的静态变量分配内存，并设置初始值（零值）。
  • 注意：实例变量的分配是在对象实例化时进行的。

• 解析（Resolution）：

  • 将类、方法、字段等符号引用解析为直接引用，以便后续执行时快速访问。

1.3 初始化（Initialization）

• 执行静态变量的赋值和静态块的初始化。

2. Java 对象创建的过程

Java 对象的创建过程可以分为以下步骤：

2.1 类加载检查

• 当虚拟机遇到 new 指令时，首先检查常量池中是否可以定位到该类的符号引用，并检查该符号引用是否已被加载。

2.2 分配内存

• 指针碰撞：适用于内存规整，通过分界指针快速分配内存。
• 空闲列表：适用于内存不规整，维护一个可用内存块的列表。

2.3 初始化零值

• 将分配到的内存空间初始化为零值，确保实例字段可以直接使用。

2.4 init() 操作

• 调用构造方法进行对象的初始化。

3. 类加载器

类加载器负责类的加载过程，每个类都有一个引用指向加载它的 ClassLoader。数组没有 ClassLoader，由 JVM 直接生成。

3.1 双亲委派模型

• 工作原理：

  • 除了顶层的启动类加载器外，其余类加载器都有自己的父类加载器。
  • 在加载类时，系统首先判断当前类是否已被加载。
  • 如果未加载，则将加载请求委派给父类加载器。
  • 只有当父加载器无法完成加载请求时，子加载器才会尝试加载。

• 好处：

  • 避免重复加载类，提高了类的安全性和稳定性。

4. 总结

Java 的类加载机制是一个复杂而又重要的过程，包括加载、连接、初始化等多个步骤。通过双亲委派模型，Java 确保了类的唯一性和安全性，使得类加载过程更加高效和可靠。理解类加载的机制，有助于开发者在编写 Java 程序时更好地管理类的生命周期和内存。