类载入过程 JVM 会做什么

类载入过程

JVM 的类加载过程是指将类的字节码（.class 文件）加载到内存并准备使用的过程，主要分为三个阶段： 1. 加载（Loading）：读取字节码到方法区，生成 Class 对象。 2. 链接（Linking）： - 验证（Verification）：检查字节码合法性。 - 准备（Preparation）：为静态变量分配内存并赋默认值。 - 解析（Resolution）：将符号引用转为直接引用。 3. 初始化（Initialization）：执行静态初始化代码（<clinit>）。

核心点

JVM 通过类加载器完成，从加载到初始化，确保类可用。

1. 详细过程分解

(1) 加载（Loading）

做什么：
通过类加载器读取 .class 文件的二进制数据。
在方法区创建 Class 对象，表示类的元信息（如字段、方法）。
在堆中存储 Class 实例，作为反射入口。
输入：
类的全限定名（如 java.lang.String）。
输出：
方法区中的类数据结构。
类加载器：
引导类加载器（Bootstrap）：加载 JDK 核心类（如 rt.jar）。
扩展类加载器（Extension）：加载 ext 目录类。
应用类加载器（Application）：加载用户类路径。
双亲委派：
子加载器委托父加载器，避免重复加载。
示例：
Class.forName("java.util.List") 触发。

(2) 链接（Linking）

a. 验证（Verification）

做什么：
检查字节码的正确性和安全性。
内容：
文件格式：魔数（CAFEBABE）、版本号。
语义：方法调用、变量访问合法。
安全性：无栈溢出、不访问越界。
目的：
防止恶意或错误代码运行。
异常：
VerifyError：验证失败。

b. 准备（Preparation）

做什么：
为类的静态变量分配内存，赋默认值。
规则：
int：0。
Object：null。
不包括实例变量（对象创建时处理）。
示例：

class Demo {
    static int x = 10;
    static String s;
}
// 准备阶段：x = 0, s = null

c. 解析（Resolution）

做什么：
将常量池中的符号引用转为直接引用。
内容：
类/接口引用：转为内存地址。
字段引用：转为偏移量。
方法引用：转为方法表索引。
时机：
可延迟到使用时（懒解析）。
示例：
invokevirtual #2 解析为具体方法地址。

(3) 初始化（Initialization）

做什么：
执行类的静态初始化代码，由 JVM 生成 <clinit> 方法。
内容：
静态变量赋值（如 x = 10）。
静态代码块（static {}）。
触发条件：
new 创建对象。
调用静态方法/字段。
Class.forName()。
规则：
父类先初始化（递归）。
单线程执行，线程安全。
示例：

class Demo {
    static int x = 10;
    static { System.out.println("Static block"); }
}
// <clinit>: x = 10, 打印 "Static block"

2. JVM 的具体动作

内存分配：
方法区：存储类元信息（字段、方法表）。
堆：存储 Class 对象。
数据结构：
方法表：存储方法引用。
常量池：存储字面量和符号引用。
线程安全：
类加载器加锁，避免重复加载。
异常处理：
ClassNotFoundException：类未找到。
NoClassDefFoundError：加载失败。

图示

.class 文件 --> 加载 (ClassLoader) --> 方法区 (Class 数据)
                --> 链接 (验证/准备/解析) --> 初始化 (<clinit>)

3. 示例分析

class Parent {
    static int p = 1;
    static { System.out.println("Parent init"); }
}

class Child extends Parent {
    static int c = 2;
    static { System.out.println("Child init"); }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        new Child();
    }
}

过程：
加载：Parent.class, Child.class 到方法区。
链接：
- 验证：检查字节码。
- 准备：Parent.p = 0, Child.c = 0。
- 解析：符号引用。
初始化：
- Parent.<clinit>：p = 1, 打印 "Parent init"。
- Child.<clinit>：c = 2, 打印 "Child init"。
输出：

Parent init
Child init

4. 延伸与面试角度

双亲委派：
防止核心类被覆盖。
可破坏（如 OSGi）。
类卸载：
类加载器和 Class 对象无引用时 GC。
实际应用：
Spring：动态加载 Bean。
Tomcat：多应用隔离。
面试点：
问“过程”时，提三阶段五步骤。
问“初始化”时，提 <clinit>。

总结

JVM 类加载过程包括加载、链接（验证、准备、解析）和初始化，将 .class 文件转化为可用的 Class 对象。涉及内存分配、字节码校验和静态初始化，确保类安全可用。面试时，可提双亲委派或举初始化例子，展示理解深度。