JVM中类加载的过程详解

前言

一个.class文件是如何被Java虚拟机加载并使用的呢，本文我们来研究下JVM中类加载的过程。

类加载的过程

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存，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（Initiallization）、使用（Using）和卸载（Unloading）这7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking），这七个阶段的发生顺序如下图：

图中，加载、验证、准备、初始化、卸载这5个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地
开始，而解析阶段不一定：它在某些情况下可以初始化阶段之后在开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也
称为动态绑定）。接下来讲解加载、验证、准备、解析、初始化五个步骤，这五个步骤组成了一个完整的类加载过
程。使用没什么好说的，卸载属于GC的工作 。

加载

加载是类加载的第一个阶段。有两种时机会触发类加载：

预加载

虚拟机启动时加载，加载的是JAVA_HOME/lib/下的rt.jar下的.class文件，这个jar包里面的内容是程序运行时非常常常用到的，像java.lang.*、java.util.、java.io. 等等，因此随着虚拟机一起加载。要证明这一点很简单，写一个空的main函数，设置虚拟机参数为"-XX:+TraceClassLoading"来获取类加载信息，运行一下：

运行时加载

虚拟机在用到一个.class文件的时候，会先去内存中查看一下这个.class文件有没有被加载，如果没有就会按照类的全限定名来加载这个类。

那么，加载阶段做了什么，其实加载阶段做了有三件事情：

• 获取.class文件的二进制流
• 将类信息、静态变量、字节码、常量这些.class文件中的内容放入方法区中
• 在内存中生成一个代表这个.class文件的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。一般这个Class是在堆里的，不过HotSpot虚拟机比较特殊，这个Class对象是放在方法区中的

虚拟机规范对这三点的要求并不具体，因此虚拟机实现与具体应用的灵活度都是相当大的。例如第一条，根本没有指明二进制字节流要从哪里来、怎么来，因此单单就这一条，就能变出许多花样来：

• 从zip包中获取，这就是以后jar、ear、war格式的基础
• 从网络中获取，典型应用就是Applet
• 运行时计算生成，典型应用就是动态代理技术
• 由其他文件生成，典型应用就是JSP，即由JSP生成对应的.class文件
• 从数据库中读取，这种场景比较少见
  总而言之，在类加载整个过程中，这部分是对于开发者来说可控性最强的一个阶段。

链接

链接包含三个步骤： 分别是验证Verification , 准备Preparation , 解析Resolution 三个过程

1）验证Verification

连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保.class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不
会危害虚拟机自身的安全。
Java语言本身是相对安全的语言（相对C/C++来说），但是前面说过，.class文件未必要从Java源码编译而来，可以使用任何途径产生，甚至包括用十六进制编辑器直接编写来产生.class文件。在字节码语言层面上，Java代码至少从语义上是可以表达出来的。虚拟机如果不检查输入的字节流，对其完全信任的话，很可能会因为载入了有害的字节流而导致系统崩溃，所以验证是虚拟机对自身保护的一项重要工作。

验证阶段将做一下几个工作，具体就不细讲了，这是虚拟机实现层面的问题：

• 文件格式验证
• 元数据验证
• 字节码验证
• 符号引用验证

2）准备Preparation

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置其初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中分配。关于这
点，有两个地方注意一下：
这时候进行内存分配的仅仅是类变量（被static修饰的变量），而不是实例变量，实例变量将会在对象实例化
的时候随着对象一起分配在Java堆中
这个阶段赋初始值的变量指的是那些不被final修饰的static变量，比如"public static int value = 123"，value在准
备阶段过后是0而不是123，给value赋值为123的动作将在初始化阶段才进行；比如"public static final int value =123;"就不一样了，在准备阶段，虚拟机就会给value赋值为123。

各个数据类型的零值如下表：

来看两个代码案例：

案例一：

public class A {
   
   

    static int a;

    public static void main(String[] args) {
   
   
        System.out.println(a);
    }

}

输出：0

案例二：

public class A {
   
   


    public static void main(String[] args) {
   
   
        int a;
        System.out.println(a);
    }

}
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