jvm类加载过程

JVM的类加载过程是Java虚拟机将类的.class文件中的二进制数据加载到内存，并进行验证、准备、解析和初始化，最终形成可以被JVM直接使用的Java类型的过程。

这个过程至关重要，是Java语言实现跨平台、动态性 和安全性的基础。

整个类加载过程可以清晰地分为以下三个大阶段和五个详细步骤：

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详细的三个阶段/五个步骤

第一阶段：Loading（加载）

​目标​：查找并加载类的二进制数据。

1. 通过类的全限定名 （如 java.lang.String）来获取其定义的二进制字节流（通常是 .class 文件，但也可以是ZIP包、网络、运行时计算生成等）。
2. 将这个字节流所代表的静态存储结构 转换为方法区（Metaspace/JDK8以前是PermGen）​ 中的运行时数据结构。
3. 在堆内存中 生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象。这个 Class 对象是方法区中数据的访问入口，程序通过它来访问类的类型信息、方法代码等。

​注意​：加载阶段与连接阶段的部分内容是交叉进行的，但逻辑上保持先后顺序。

第二阶段：Linking（连接）

连接阶段比较复杂，通常又分为三步：验证、准备和解析。

1. Verification（验证）

​目标​：确保被加载的类的正确性和安全性，是JVM安全的重要保障。

• 文件格式验证 ：验证字节流是否符合Class文件格式的规范（如魔数0xCAFEBABE）、版本号是否在当前JVM支持范围内等。
• 元数据验证：对类的元数据信息进行语义校验，确保其符合Java语言规范（如：这个类是否有父类？是否继承了不允许被继承的final类？等等）。
• 字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的（如：保证方法体中的类型转换是有效的，不会出现把父类对象转成不相关的子类）。
• 符号引用验证：发生在后续的"解析"阶段，验证符号引用能否被正确找到对应的直接引用。

2. Preparation（准备）

​目标 ​：为类变量（静态变量）​​ 分配内存并设置初始值。

• 此时分配内存的仅包括类变量 （被 static 修饰的变量），不包括实例变量。
• 设置的初始值通常是数据类型的零值 。
  • 例如：public static int value = 123; 在准备阶段后，value 的初始值是 0，而不是 123。
  • 但如果是常量（static final），准备阶段就会直接赋值为代码中指定的值。例如：public static final int value = 123; 在准备阶段后，value 的值就是 123。

3. Resolution（解析）

​目标 ​：将常量池内的符号引用 替换为直接引用的过程。

• 符号引用 ：一组符号来描述所引用的目标，与虚拟机内存布局无关。例如 java.lang.Object 就是一个符号引用。
• 直接引用：可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个能间接定位到目标的句柄。直接引用和虚拟机实现的内存布局相关。
• 解析主要针对：类或接口 、字段 、类方法 、接口方法 、方法类型 、方法句柄等符号引用。

第三阶段：Initialization（初始化）

​目标 ​：执行类构造器 <clinit>() 方法的过程，真正开始执行类中定义的Java代码。

1. 按照源码顺序，为静态变量赋值。
2. 执行静态代码块。

• <clinit>() 方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作 和静态代码块中的语句合并产生的。编译器收集的顺序取决于语句在源文件中出现的顺序。
• 只有当类被"主动使用"时才会触发初始化，这是类加载过程的最后一步。在此阶段，JVM会确保多线程环境下类的初始化操作被正确地加锁同步。

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什么情况下会触发"初始化"？（主动使用）

JVM规范严格规定了有且只有以下6种情况必须立即对类进行"初始化"：

1. 遇到 new, getstatic, putstatic, invokestatic 这四条字节码指令时 。
   • 对应代码场景：使用 new 实例化对象、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）、调用一个类的静态方法。
2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时。
3. 当初始化一个类时，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
4. 虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
5. 当使用JDK7新加入的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果 REF_getStatic, REF_putStatic, REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
6. 当一个接口定义了JDK8新加入的默认方法（default）时，如果这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

总结与特点

• 顺序 ：加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化。注意：《Java虚拟机规范》允许解析阶段在某些情况下在初始化之后开始，这是为了支持Java的动态绑定（运行时多态）。
• 懒加载：JVM并不是在启动时就把所有类都加载完，而是按需加载（延迟加载），只有在类被"主动使用"时才会初始化。
• 双亲委派模型 ：类的加载是由类加载器 完成的。JVM通过双亲委派模型（Parents Delegation Model）来组织类加载器之间的关系，从而保证了Java核心类的安全性和唯一性。

简单来说，类加载过程就是JVM将冰冷的字节码文件，转化为内存中一个活跃的、可用的类型的过程，每一步都为确保程序的稳定和安全运行提供了保障