从“类加载的五个阶段”逐步分析 JVM“ 在每个阶段的内存变化”

下面从 类加载的五个阶段 逐步分析 JVM 在每个阶段的内存变化 。

（以 HotSpot + Java17 为例，Java8 以后方法区已改为 Metaspace）

JVM 相关内存区域速览

区域	作用	是否线程共享
堆（Heap）	对象实例、数组	共享
方法区 / 元空间 (Metaspace)	类的元信息、静态变量、常量池、JIT 代码	共享
运行时常量池	字面量、符号引用	共享
栈 (Java Stack)	局部变量、操作数栈、方法帧	线程私有
程序计数器	当前字节码行号	线程私有

类加载生命周期与内存变化

1️⃣ 加载 (Loading)

做的事

通过 ClassLoader 读取 .class 字节码，形成 Class 对象。

内存变化

Metaspace：分配空间存放类的结构信息（字段、方法表、字节码指令）。
运行时常量池：复制 class 文件中的常量池（符号引用、字符串字面量等）。
堆/栈：暂时无变化。

2️⃣ 验证 (Verification)

做的事

校验字节码格式、安全性（魔数、常量池索引、数据流、控制流）。

内存变化

Metaspace 中的类结构已存在，只进行一致性检查，没有额外分配大量内存。

3️⃣ 准备 (Preparation)

做的事

为类的静态变量分配内存并设默认值（int=0、reference=null 等）。

内存变化

Metaspace：
- 分配静态变量所需空间，存储在类元数据区域。
- 如果是 static final 且编译期常量，值直接存入运行时常量池。
堆：此时不会创建对象实例。

4️⃣ 解析 (Resolution)

做的事

把运行时常量池中的符号引用解析成直接引用（内存地址或句柄）。

内存变化

运行时常量池中保存的直接引用指针被填充。
可能触发其他类的加载/初始化，间接扩展 Metaspace 占用。

5️⃣ 初始化 (Initialization)

做的事

执行 <clinit>：静态变量显式赋值、静态代码块。

内存变化

Metaspace：静态变量值被正式写入。
堆：
- 如果静态变量是对象或集合，此时会在堆上创建对象实例并把引用放到 Metaspace 静态变量表。
栈：执行 <clinit> 方法帧入栈，执行完后出栈。

运行时继续变化

实例化对象 → 在堆上分配实例内存。
类卸载（ClassLoader 不再被引用）→ 其在 Metaspace 中的元数据、静态变量会被 GC 回收。

简化时序图

复制代码

Class 文件
   │
   ▼
[加载] ──► Metaspace: 类结构、常量池
   │
[验证] ──► 仅检查，无大变化
   │
[准备] ──► Metaspace: 静态变量默认值
   │
[解析] ──► 常量池符号引用 → 直接引用
   │
[初始化] ──► Metaspace: 赋真实值
   │          Heap: 静态对象实例

小结

类元信息 + 静态变量存放在 Metaspace
实例对象在 Heap
执行方法时用栈
类加载阶段的内存主要变化是 Metaspace 的增长 ，初始化阶段可能会触发 Heap 分配。