JVM（一）----- 类加载过程

一、什么是类加载（Class Loading）？

在 Java 程序运行时，类（.class 文件）并不是一次性全部加载进 JVM 的，而是 按需动态加载 的。这个过程由 类加载器（ClassLoader） 完成（我们应该知道类加载器的结构，是各自完成自己负责的类的加载任务），它的任务是：

把类的字节码文件加载到 JVM 内存中，并在方法区（元空间）中创建对应的类元数据结构。

二、类加载的七个阶段（从加载到使用）

JVM 规范定义了类的完整生命周期：

加载（Loading）
→ 连接（Linking）
├ 验证（Verification）
├ 准备（Preparation）
└ 解析（Resolution）
→ 初始化（Initialization）
→ 使用（Using）
→ 卸载（Unloading）

我们主要分析前四步，因为 它们决定类是如何进入内存、被准备好使用的。

① 加载（Loading）

目标：

通过类的全限定名（如 java.lang.String）获取其字节码文件；
将字节码读入内存；
在 元空间（Metaspace） 中为该类生成对应的 类元数据结构（Class对象的内部描述）；
生成一个 java.lang.Class 实例（代表该类的"镜像"）。

加载的来源可能是：

本地文件系统（.class 或 .jar）
网络（如 Web Start）
动态生成（如反射、动态代理、ASM 字节码）

类加载器（ClassLoader）机制：

启动类加载器（BootstrapClassLoader） ：加载 JDK 核心类库（rt.jar / java.base）。
扩展类加载器（ExtClassLoader） ：加载 jre/lib/ext 目录下的类。
应用类加载器（AppClassLoader） ：加载 classpath 下的应用类。
自定义类加载器：由开发者自定义加载路径或加密逻辑。

双亲委派模型：

加载请求会先向上委派，父加载器若无法加载，才由子加载器尝试，防止核心类被篡改。

此时开始涉及元空间（Metaspace）！

类加载器加载类的字节码文件的过程中，将这个类的相关信息放入元空间

类的元数据（字段表、方法表、常量池等）被加载到 元空间（方法区实现）；
但类的静态变量等数据还未初始化。（在准备阶段赋值）

② 连接（Linking）

连接阶段将类加载后的字节码转为可执行的 JVM 运行时结构。

（1）验证（Verification）（先保证安全）

确保字节码合法、安全、不破坏 JVM。

格式验证：魔数、版本号是否正确；
元数据验证：父类存在吗？接口合法吗？
字节码验证：方法体的控制流、操作数栈是否合法；
符号引用验证：常量池中的引用类型正确。

如果验证失败，会抛出 VerifyError。

（2）准备（Preparation）

为类的 静态变量分配内存并设为默认值（不执行赋值语句，但是final修饰的变量会在这里就进行赋值，特例：final x = new object() 这样的语句执行情况不会因为final修饰而提前赋值，因为要new 创建一个对象，所以不能现在赋值而是出现在类的构造方法中）

这些静态变量存放在 Java 堆（Heap） 或 元空间的静态区域中 （取决于实现），

但变量的"定义信息"仍在元空间。

（3）解析（Resolution）

把常量池中的 符号引用 转换为直接引用（真正与虚拟机内存关联起来，作为符号引用时，读取的时候并不知道是位于内存的哪个位置，但是解析之后就能够通过引用真正找到他在内存中的位置）。

③ 初始化（Initialization）

真正执行类的 <clinit>() 方法（类初始化块 + 静态变量初始化）。

前面准备的时候为静态变量赋默认值，但是现在就是真正执行java代码了：

复制代码

public static int a = 10;
static {
    a = 20;
}

这个阶段执行的就是：

静态变量赋值语句；
static {} 静态代码块；
初始化顺序：父类先于子类。

只有初始化阶段才真正执行 Java 代码（前面阶段都不执行代码）。

那么类的初始化会在什么时候发生呢？

概括得说，类初始化是【懒情的】

main方法所在的类，总会被首先初始化
首次访问这个类的静态变量或静态方法时（初始化之前的阶段只对静态变量赋默认值，如果要访问，那么就应该赋真正值，所以应该快速完成初始化（初始化的时候真正执行代码赋值））
子类初始化，如果父类还没初始化，会引发
子类访问父类的静态变量，只会触发父类的初始化
Class.forName
new会导致初始化

不会触发初始化的情况：

访问类的staticfinal静态常量（基本类型和字符串）不会触发初始化（因为他们在链接的准备阶段就赋值好了）
类对象.class不会触发初始化（因为加载阶段就已经生成好miror.class了）
创建该类的数组不会触发初始化
类加载器的 loadClass方法（classLoader发生在类加载阶段）
Class.forName的参数2（initialize）为 false时

这里有一个小细节：对于下面三种情况，真正用到了三个final修饰的值，会不会导致类执行初始化？

①不会，因为准备阶段直接赋值了；

②会不会？不会，因为虽然final修饰引用类型，但是用的是字面量，所以"hello"存放在串池中，没有实际意义上进行new一个对象，所以不会导致类初始化；

③会，因为Integer是包装类，引用类型

④ 使用（Using）

类初始化完成后，就可以：

创建实例；
调用静态方法；
访问静态变量；
进行反射操作；
被其他类继承。

⑤ 卸载（Unloading）

当：

该类对应的 ClassLoader 被 GC 回收；
且没有该类的实例对象存在；
且没有该类的 Class 对象引用；

则该类的元数据会从 元空间（Metaspace） 中释放。

最后，类的相关信息（类结构、方法表、常量池等）都被存储在元空间中，但是类的对象存储在java堆中。

细节如下：

加载阶段 将类的元数据加载进 元空间（Metaspace）；
验证-准备-解析；
初始化阶段 才真正执行静态代码；
类的元信息（字段表、方法表等）存放在 Metaspace；
之后就可以使用这个类了，创建类的实例，通过实例调用方法，但是要知道类对象在堆中；
类的实例对象存放在 Heap；
类被卸载时，对应的 元空间内存 也会被释放。