JVM 类加载全过程

最近在准备面试,正把平时积累的笔记、项目中遇到的问题与解决方案、对核心原理的理解,以及高频业务场景的应对策略系统梳理一遍,既能加深记忆,也能让知识体系更扎实,供大家参考,欢迎讨论。

一、类加载生命周期

JVM 中类的生命周期分为七个阶段:

加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化 → 使用 → 卸载

其中前五个阶段通常统称为 类加载过程


举一反三 :类加载的流程类比到工作中处理渠道方计费数据的流程

类加载阶段 数据处理对应步骤 说明
加载 Loading 下载数据到本地 / 读取文件到内存 把外部资源引入系统,类似 JVM 从硬盘读取字节码
验证 Verification 校验数据合法性 检查格式、字段类型、业务规则是否正确,保证安全可靠
准备 Preparation 设计变量 / 初始化内存空间 给处理变量分配存储空间并赋初始值,为后续解析做好准备
解析 Resolution 按行解析数据 / 将原始数据映射到结构化对象 把原始数据转化为程序可用的内部表示
初始化 Initialization 给对象赋值 / 封装批量数据 按业务规则给字段赋值,组装成可操作的批量数据
使用 Using 后续业务处理 / 保存数据库 数据真正被业务使用或写入存储
卸载 Unloading 释放内存 / 清理对象 内存释放,避免占用,类似 JVM 卸载类和 ClassLoader

二、各阶段详解

1. 加载(Loading)

  • 通过类的 全限定名 获取字节码。
  • 在硬盘上查找 .class(.java编译的结果) 文件并通过 I/O 读取。
  • JVM 会把字节码文件从硬盘读取进内存,并在方法区(JDK 8 之后叫元空间(Metaspace),使用本地内存)中建立对应的运行时数据结构,包括类的元信息(类名、父类、接口)、字段表、方法表和运行时常量池等,这样类才具备在使用期间被实例化、方法调用和数据访问的基础
  • 在堆中生成 java.lang.Class 对象作为访问入口。
  • 触发条件 :调用 main() 方法、new 对象、访问类的静态成员等。

2. 验证(Verification)

  • 目的确保字节码文件合法、安全,如果发现问题(比如非法指令、越界访问、破坏 JVM 约束),就会拒绝加载,从而避免危害虚拟机的稳定性和安全性。正常我们写的程序都不会被拒绝的。

  • 检查内容

    1. 文件格式验证。
    2. 元数据验证。
    3. 字节码验证。
    4. 符号引用验证。

3. 准备(Preparation)

  • 为类的静态变量分配内存,并设零值
  • 注意:并不是赋代码中的值,而是赋默认值。
java 复制代码
public static int a = 10;
// 准备阶段:a = 0
// 初始化阶段完成赋值:a = 10

4. 解析(Resolution)

  • 将常量池中的 符号引用 替换为 直接引用
  • 属于 静态链接过程
  • 对应的 动态链接:在运行时(方法调用时)才进行。

5. 初始化(Initialization)

  • 执行类的初始化逻辑:

    1. 按照源码顺序,为静态变量赋值。
    2. 执行静态代码块。
java 复制代码
public class Demo {
    static int a = 10;
    static { a = 20; }
}
// 初始化后 a = 20

6. 使用(Using)

  • 类进入正常使用阶段:

    • 调用类静态方法(如 main())。
    • new 对象。
    • 调用对象实例方法。

7. 卸载(Unloading)

  • 当 ClassLoader 和类实例都不再被引用 时,JVM 会回收它们,触发类卸载。类卸载可以释放方法区(或元空间)占用的内存,支持动态部署和更新。

三、整体回顾

  • 加载 :读取 .class,生成 Class 对象。
  • 验证:确保安全合法。
  • 准备:静态变量赋零值。
  • 解析:符号引用 → 直接引用。
  • 初始化:赋初始值,执行静态块。
  • 使用:new 对象,方法调用。
  • 卸载:Class 对象回收。
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