引言
Java 虚拟机（JVM）是整个 Java 技术体系的基石，其中"类加载机制"和"垃圾回收机制"是最核心的两大模块。理解它们，不仅能让我们在日常开发中少踩坑，更能在性能调优时游刃有余。
一、类初始化与类加载机制
1.1 创建对象的过程
在 Java 中通过 new 关键字创建对象，实际上经历了 五个步骤：
-
类加载检查
当执行
new时，JVM 会先检查该类是否已被加载、连接与初始化。若未加载，会触发类加载过程。 -
分配内存空间
JVM 会在堆中为对象分配一段连续空间，空间大小由类定义的字段决定。
-
初始化零值操作
对象内存分配完成后，成员变量会被设置为默认零值（如
int=0、boolean=false、引用=null）。 -
设置对象头信息
JVM 会在对象头中存储类的元数据、哈希码、GC年龄、锁状态等。
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执行构造方法
<init>执行构造器逻辑，完成开发者定义的初始化。
1.2 对象的生命周期
对象的生命周期通常包括三个阶段：
| 阶段 | 描述 |
|---|---|
| 创建（Creation） | 执行 new，完成初始化 |
| 使用（In Use） | 程序对对象的访问与操作 |
| 销毁（Destroy） | 对象无引用后被 GC 回收 |
1.3 类加载器（ClassLoader）
JVM 提供了分层的类加载器体系，用于实现类的隔离与模块化加载。
| 类加载器 | 加载范围 | 说明 |
|---|---|---|
| Bootstrap ClassLoader | java.* 核心类库 |
JVM 内部实现（C++） |
| Extension ClassLoader | jre/lib/ext 目录下的类 |
加载扩展类库 |
| Application ClassLoader | 用户类路径（classpath） | 加载项目中的类 |
| 自定义 ClassLoader | 由开发者继承实现 | 用于热加载、插件化等场景 |
1.4 双亲委派模型（Parent Delegation Model）
双亲委派是类加载体系的核心机制，其原则是：
"向上委派，向下加载"
即：当一个类加载器收到加载请求时，会优先交由父加载器尝试加载；若父加载器无法完成，才由子加载器加载。
✅ 优点总结：
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保证类的唯一性：避免同一个类被多个类加载器重复加载。
-
保证安全性 ：防止用户自定义的类覆盖核心类库（如
java.lang.String）。 -
分层与隔离：不同模块使用不同加载器，逻辑更清晰。
-
简化加载流程：减少重复加载逻辑。
1.5 类加载的完整过程
类加载从"加载"到"卸载"共分 七个阶段：
| 阶段 | 说明 |
|---|---|
| 加载（Loading） | 读取字节码文件并转换为 Class 对象 |
| 验证（Verification） | 校验格式、元数据、字节码安全性 |
| 准备（Preparation） | 分配静态变量内存并赋初值 |
| 解析（Resolution） | 符号引用 → 直接引用 |
| 初始化（Initialization） | 执行静态代码块、构造方法 |
| 使用（Using） | 类被正常使用 |
| 卸载（Unloading） | 类与其加载器均被 GC 回收 |
二、垃圾回收机制（Garbage Collection）
2.1 垃圾回收简介
在 C/C++ 中，开发者必须手动释放内存，而 Java 借助 自动垃圾回收（GC）机制，让 JVM 自动检测、标记并清除无用对象，极大降低了内存泄漏与悬垂指针风险。
2.2 GC 的触发方式
| 触发方式 | 说明 |
|---|---|
| 内存不足 | 堆空间耗尽时自动触发 GC |
| 手动触发 | 调用 System.gc()（仅建议调试时使用） |
| JVM 参数调优 | 如 -XX:+UseG1GC 控制收集器行为 |
| 内部策略 | JVM 根据内存阈值与对象分配速率自动判断 |
2.3 判断对象是否可回收
① 引用计数法（Reference Counting）
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每个对象维护一个引用计数。
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引用数为 0 的对象被视为垃圾。
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缺陷：无法解决循环引用问题。
② 可达性分析法（Reachability Analysis）
-
从 GC Roots 出发遍历对象图。
-
不可达的对象即为垃圾。
GC Roots 包括：
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栈中引用的对象；
-
静态变量；
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常量池引用；
-
JNI 引用。
2.4 常见垃圾回收算法
| 算法 | 原理 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 标记-清除（Mark-Sweep） | 标记存活对象后清除未标记 | 实现简单 | 容易内存碎片化 |
| 标记-整理（Mark-Compact） | 存活对象向一端移动再清除 | 消除碎片 | 效率较低 |
| 复制算法（Copying） | 将存活对象复制到另一空间 | 无碎片，速度快 | 内存利用率低 |
2.5 常见垃圾回收器（GC Collectors）
| 收集器 | 区域 | 算法 | 特点 |
|---|---|---|---|
| Serial | 新生代 | 复制 | 单线程，适合单核 |
| ParNew | 新生代 | 复制 | 多线程版 Serial |
| Parallel Scavenge | 新生代 | 复制 | 吞吐量优先 |
| Serial Old | 老年代 | 标记整理 | 单线程 |
| Parallel Old | 老年代 | 标记整理 | 并行 |
| CMS | 老年代 | 标记清除 | 低延迟，可能有碎片 |
| G1 | 整堆 | 标记整理（分区复制） | 可预测停顿时间，适合大内存场景 |
2.6 Minor GC、Major GC 与 Full GC
| 类型 | 作用范围 | 触发条件 | 特点 |
|---|---|---|---|
| Minor GC | 新生代 | Eden 区空间不足 | 频繁，速度快 |
| Major GC | 老年代 | 老年代空间不足 | 稍慢 |
| Full GC | 整个堆 | 老年代空间不足或方法区溢出 | 停顿时间长 |
2.7 CMS 与 G1 的区别
| 对比项 | CMS | G1 |
|---|---|---|
| 作用范围 | 老年代 | 整个堆 |
| 算法类型 | 标记清除 | 标记整理 |
| 碎片问题 | 有碎片 | 无碎片 |
| STW 时间 | 短 | 可预测 |
| 浮动垃圾 | 存在 | 较少 |
| 适用场景 | 低延迟系统 | 大内存、高并发系统 |
三、总结与思考
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类加载机制决定了类的"出生方式"；
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垃圾回收机制决定了对象的"离开方式"。
深入理解这两者，可以帮助我们：
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解决类加载冲突与热加载问题；
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分析内存泄漏与频繁 Full GC；
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在调优中合理选择 GC 策略。