类加载机制、生命周期、类加载器层次、JVM的类加载方式

我理解 Java 的类加载机制，其实是 JVM 在运行时动态地将 .class 字节码文件加载到内存，

并完成从"字节码"到"可执行 Java 类"的完整生命周期。

这个过程体现了 Java 语言动态性的底层基础，也是热替换、反射、SPI 机制的关键。

一、类加载的生命周期（Class Life Cycle）

JVM 从一个类被首次主动使用，到成为可执行状态，会经历 五个核心阶段：

mathematica 复制代码

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

下面按顺序讲清楚每个步骤的作用 👇

1️⃣ 加载（Loading）

JVM 做三件事：

通过类加载器查找字节码文件
可能来自：
- 磁盘 .class
- JAR 包
- 网络（RMI）
- 动态生成（如 CGLIB、ASM）
将字节码读取到内存
创建 Class 对象
在方法区（JDK8之后是元空间）中为该类创建一个 Class 对象。

Class 对象是反射的基础。

2️⃣ 验证（Verification）

确保字节码是合法的、没有被篡改。

包括：

文件格式验证
元数据验证（父类是否存在、是否继承正确）
字节码验证（指令合法）
符号引用验证

这是安全性最强的一步，用来防止非法字节码攻击。

3️⃣ 准备（Preparation）

给**类变量（static变量）**分配内存，并赋默认值。

⚠️ 注意：

不是 static 代码块！
不是 static 的显示初始化！

示例：

java 复制代码

public static int a = 10;

准备阶段只会执行：

java 复制代码

a = 0;

4️⃣ 解析（Resolution）

将常量池中的各种符号引用（Symbolic Reference）替换为直接引用（Direct Reference）。

比如：

类名 → 指向具体类的引用
字段名 → 指向字段偏移量
方法名 → 指向具体方法表

该阶段可能在运行时才进行，是动态链接的重要部分。

5️⃣ 初始化（Initialization）

真正执行 static 代码和 static 变量显式赋值的阶段。

示例：

java 复制代码

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

初始化阶段的执行顺序就是 JVM 构建 <clinit> 方法的过程。

二、类加载器的层次结构（ClassLoader Hierarchy）

Java 类加载器采用双亲委派模型（Parent Delegation Model），层次如下：

pgsql 复制代码

Bootstrap ClassLoader（C++实现，没有Class对象）
↓
Extension ClassLoader（Java）
↓
System/App ClassLoader（Java）
↓
User-defined ClassLoader（用户自定义）

1️⃣ Bootstrap ClassLoader

用 C++ 实现
加载 rt.jar 中的核心类（如 java.lang.*）

2️⃣ ExtClassLoader（扩展类加载器）

加载 JAVA_HOME/lib/ext/*.jar

3️⃣ AppClassLoader（应用类加载器）

加载 classpath 下的类

4️⃣ Custom ClassLoader（自定义）

常用于：

Tomcat / Spring 的模块隔离
SPI
加密类加载

三、双亲委派机制（Parent Delegation）

核心思想：

自底向上请求，自顶向下加载。

流程：

子加载器收到类加载请求；
委托给父加载器；
父加载器找不到才由子加载器加载。

好处：

防止重复加载
保证核心 API 的安全性（你不能伪造 java.lang.String）

四、JVM 的三种主要类加载机制

你可以这样总结：

Java 的类加载机制是"按需加载 + 动态链接 + 可替换"。

主要有三种：

1️⃣ 隐式加载（最常见）

由 JVM 自动触发，例如：

new 对象
调用静态方法
调用静态字段
反射使用类
子类初始化前必定初始化父类

2️⃣ 显式加载

代码中主动调用：

java 复制代码

Class.forName("com.demo.User");
ClassLoader.loadClass("com.demo.User");

区别：

方法	是否会初始化类
Class.forName	会执行初始化（执行 static 代码块）
ClassLoader.loadClass	只加载，不初始化

3️⃣ 自定义类加载器

重写 findClass()。

常用于：

Tomcat WebApp 模块隔离
热部署（OSGi）
加密 class 加载
插件化框架

五、类加载器破坏双亲委派的场景

可额外加分：

JDBC SPI（使用了线程上下文类加载器）
Tomcat 自定义隔离类加载机制
OSGi 多版本模块加载
JNDI、ServiceLoader

六、个人理解总结（重点提升面试亮点）

我觉得类加载机制背后体现的是 Java "运行期动态行为"的能力。

双亲委派保证安全性，生命周期保证加载正确性，自定义类加载器保证扩展性。

这套机制是 Java 容器（Tomcat、Spring Boot 热更新、插件框架等）的底层基础。

✅ 一句话总结：

Java 的类加载机制由"加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化"构成，

通过双亲委派模型保证安全性，

通过三种加载方式保证灵活性，

是整个 JVM 动态能力的核心基础。