一、概述
JVM（Java Virtual Machine）在運行 Java 程序時，需要將 .class 字節碼文件加載到內存中，并轉換成可以被 JVM 執行的數據結構，這一過程就是 類加載過程（Class Loading Process）。
JVM 的類加載機制具備高度靈活性與可擴展性，支持自定義類加載器，且類的生命周期分為以下幾個階段：
二、類的生命周期階段
- 加載（Loading）
- 驗證（Verification）
- 準備（Preparation）
- 解析（Resolution）
- 初始化（Initialization）
- （可選）使用（Using）
- （可選）卸載（Unloading）
前五個階段屬于 類加載的過程，使用和卸載屬于類的生命周期的后期階段。
三、類加載的五個階段詳解
1. 加載（Loading）
作用：
將 .class 文件的字節碼從磁盤或網絡加載到 JVM 內存中，并生成一個 Class 對象。
步驟：
- 通過類的全限定名查找
.class文件。 - 讀取字節流。
- 將字節流轉換成內存中的數據結構。
- 創建
java.lang.Class類的實例。
說明：
- 使用 類加載器（ClassLoader） 完成。
- 可以自定義類加載器實現特殊的加載邏輯。
2. 驗證（Verification）
作用：
確保字節碼文件的正確性與安全性，不會破壞 JVM 的穩定性。
主要檢查：
- 文件格式驗證（魔數、版本號等）
- 元數據驗證（類結構正確性）
- 字節碼驗證（操作碼合法性、棧操作正確性）
- 符號引用驗證（類和方法是否存在）
3. 準備（Preparation）
作用：
為類的 靜態變量 分配內存，并初始化默認值（不包括靜態代碼塊和顯式賦值）。
特點：
- 所有靜態變量初始化為零值（數值為0，對象為null，boolean為false）。
- 不執行任何 Java 代碼。
- 這一步只是內存分配與默認值初始化。
示例：
public class Demo {static int a = 10;
}
在準備階段，a 的值是 0，真正賦值為 10 的過程發生在 初始化階段。
4. 解析（Resolution）
作用：
將常量池中的 符號引用 轉換為 直接引用。
解析內容：
- 類或接口的符號引用 → 直接引用
- 字段符號引用 → 直接引用
- 方法符號引用 → 直接引用
- 接口方法引用 → 直接引用
說明：
- 并非必須立即解析，可在運行時動態解析（延遲解析）。
- 也可由 JVM 實現決定是否在加載時解析。
5. 初始化（Initialization）
作用：
執行類構造器 <clinit>() 方法，對靜態變量進行顯式賦值和執行靜態代碼塊。
執行條件：
- 創建類的實例
- 訪問類的靜態變量或靜態方法
- 反射調用 Class.forName()
- 初始化類的子類時，其父類會被先初始化
- JVM 啟動時指定的主類（含 main 方法）
注意：
- 每個類只會初始化一次。
- 父類先于子類初始化。
四、類加載器（ClassLoader）
類加載器的類型
| 名稱 | 說明 |
|---|---|
| Bootstrap ClassLoader（啟動類加載器） | 加載 java.* 核心類庫（由 C++ 實現，非 Java 類） |
| Extension ClassLoader（擴展類加載器） | 加載 ext 目錄下的類（如 jre/lib/ext） |
| Application ClassLoader（系統類加載器） | 加載應用類路徑（classpath）下的類 |
| 自定義類加載器 | 用戶可以繼承 ClassLoader 實現自己的加載邏輯 |
雙親委派模型（Parent Delegation Model）
工作流程：
- 當前類加載器收到加載請求。
- 委派給父類加載器。
- 父類加載器繼續向上委托，直到 Bootstrap ClassLoader。
- 若父加載器無法加載，再由當前加載器嘗試加載。
優點：
- 避免類的重復加載。
- 保證核心類安全性（如 java.lang.String 永遠由啟動類加載器加載）。
五、類的卸載（Unloading）
條件：
- 該類的
Class對象沒有任何引用。 - 加載該類的類加載器沒有任何引用。
- JVM 才能卸載該類。
說明：
- 卸載的前提是類加載器無引用，通常發生在動態部署的模塊或插件系統中。
- 主動卸載需要結合自定義類加載器。
六、類加載過程圖解
┌────────────┐│ .class 文件 │└────┬───────┘↓┌────────────┐│ 加載 Loading│└────┬───────┘↓┌───────────────────┐│ 驗證 Verification │└────┬──────────────┘↓┌────────────────┐│ 準備 Preparation│└────┬───────────┘↓┌──────────────┐│ 解析 Resolution│└────┬─────────┘↓┌─────────────────────┐│ 初始化 Initialization│└─────────────────────┘
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