类加载子系统的作用是什么？如何工作的？

一、类加载子系统的核心作用

二、类加载子系统的工作流程

[阶段 1：加载（Loading）------"读取字节码，生成 Class 对象"](#阶段 1：加载（Loading）——“读取字节码，生成 Class 对象”)

[阶段 2：链接（Linking）------"验证 + 准备 + 解析，保证类的合法性"](#阶段 2：链接（Linking）——“验证 + 准备 + 解析，保证类的合法性”)

[子阶段 2.1：验证（Verification）------"校验字节码的合法性"](#子阶段 2.1：验证（Verification）——“校验字节码的合法性”)

[子阶段 2.2：准备（Preparation）------"为静态变量分配内存并赋默认值"](#子阶段 2.2：准备（Preparation）——“为静态变量分配内存并赋默认值”)

[子阶段 2.3：解析（Resolution）------"将符号引用转换为直接引用"](#子阶段 2.3：解析（Resolution）——“将符号引用转换为直接引用”)

[阶段 3：初始化（Initialization）------"执行静态代码，赋静态变量最终值"](#阶段 3：初始化（Initialization）——“执行静态代码，赋静态变量最终值”)

三、类加载子系统的核心支撑：类加载器与双亲委派模型

[1. 类加载器的分类（JDK8 为例）](#1. 类加载器的分类（JDK8 为例）)

[2. 双亲委派模型的工作逻辑](#2. 双亲委派模型的工作逻辑)

[四、类加载子系统与 JVM 运行时数据区的关联](#四、类加载子系统与 JVM 运行时数据区的关联)

类加载子系统的核心作用是将编译后的.class 字节码文件加载到 JVM 内存中，并转换为方法区的类元数据，同时创建堆中的 Class 对象，为后续字节码执行提供基础；其工作遵循 "加载 - 链接 - 初始化" 的完整流程，且通过类加载器的双亲委派模型保证类加载的安全性和唯一性。

一、类加载子系统的核心作用

类加载子系统是 JVM 启动后第一个处理 Java 类的核心模块，所有 Java 类（包括自定义类、JDK 核心类）都必须经过它的处理才能被 JVM 执行，核心作用可总结为 3 点：

加载字节码文件 ：从磁盘、网络、内存等数据源读取.class文件（字节码），将其转换为 JVM 可识别的二进制流；
构建类元数据 ：将字节码中的类信息（类名、父类、接口、字段、方法、常量等）解析后存储到方法区，形成该类的元数据；
创建 Class 对象 ：在堆中创建对应类的java.lang.Class对象（作为方法区类元数据的访问入口），后续通过该对象实现反射、实例化等操作。

补充：类加载子系统仅负责 "加载类"，不负责 "执行类"（执行由 JVM 执行引擎完成），且加载后的类元数据会永久存储在方法区（JDK1.8 + 为元空间），直到类卸载时才释放。

二、类加载子系统的工作流程

类加载的完整流程分为 3 个阶段，其中 "链接" 又细分为 3 个子阶段，整体流程严格按顺序执行（个别子阶段可交叉执行，但核心顺序不变）：

阶段 1：加载（Loading）------"读取字节码，生成 Class 对象"

这是类加载的第一步，核心是 "找到并加载类的字节码"，具体做 3 件事：

获取字节码流 ：类加载器根据类的全限定名（如java.lang.String），从指定数据源（磁盘classpath、JAR 包、网络、动态生成等）读取.class文件的二进制字节流；
转换存储格式 ：将字节流转换为 JVM 方法区的类元数据结构（存储类的版本、字段、方法、常量池等信息）；
创建 Class 对象 ：在堆中生成一个代表该类的java.lang.Class对象，作为访问方法区类元数据的 "唯一入口"（后续通过Class.forName()、对象getClass()获取的都是这个对象）。

关键：加载阶段的核心是类加载器（如 Bootstrap、Extension、Application、自定义加载器）的工作，不同类加载器负责加载不同来源的类（如 Bootstrap 加载 JRE/lib 核心类）。

阶段 2：链接（Linking）------"验证 + 准备 + 解析，保证类的合法性"

链接阶段是对加载后的类进行 "校验和预处理"，确保类符合 JVM 规范，可安全执行，分为 3 个子阶段：

子阶段 2.1：验证（Verification）------"校验字节码的合法性"

这是 JVM 安全的重要保障，核心是检查字节码是否符合 JVM 规范，避免恶意或错误的字节码导致 JVM 崩溃，主要校验：

文件格式验证：检查字节流是否符合 Class 文件格式规范（如魔数0xCAFEBABE、版本号是否兼容当前 JVM）；
元数据验证：检查类的元数据（如是否继承了final类、方法参数类型是否合法、是否有重复的字段 / 方法）；
字节码验证：检查方法的字节码指令是否合法（如指令操作数类型匹配、跳转地址有效）；
符号引用验证：检查类的符号引用（如引用的类 / 方法 / 字段是否存在）。

注：若验证失败，会抛出VerifyError异常（如自定义一个不符合规范的 Class 文件，加载时就会触发）。

子阶段 2.2：准备（Preparation）------"为静态变量分配内存并赋默认值"

核心是 "初始化类的静态变量（类变量）"，具体规则：

为方法区中类的静态变量（static 修饰） 分配内存空间；
将静态变量初始化为默认值 （而非代码中定义的初始值）：
- 基本类型（int、boolean 等）：默认值为 0、false 等；
- 引用类型：默认值为null；
- 示例：代码中定义static int a = 10;，准备阶段会为a分配内存，赋值为 0（10 会在 "初始化" 阶段赋值）。

关键：仅处理静态变量 ，实例变量（非 static）不处理（实例变量在对象实例化时分配到堆中）；static final常量除外（编译期已确定值，准备阶段直接赋最终值，如static final int b = 20;，准备阶段赋值 20）。

子阶段 2.3：解析（Resolution）------"将符号引用转换为直接引用"

核心是 "解析类的符号引用（字符串形式）为直接引用（内存地址）"：

符号引用：Class 文件中用字符串描述的类、方法、字段的引用（如java.lang.Object、add(int)）；
直接引用：指向方法区类元数据的内存地址或偏移量（可直接访问的引用）；
示例：类中调用Object obj = new Object();，解析阶段会将 "java.lang.Object" 这个符号引用，转换为方法区中Object类元数据的直接内存地址。

注：解析阶段可延迟到 "首次使用该引用时" 执行（如首次调用方法时才解析），而非必须在链接阶段完成，目的是提升类加载效率。

阶段 3：初始化（Initialization）------"执行静态代码，赋静态变量最终值"

这是类加载的最后一步，也是唯一会执行 Java 代码（字节码）的阶段，核心是 "执行类的初始化逻辑"，触发条件是：

首次创建类的实例（new XXX()）；
首次调用类的静态方法 / 访问静态变量（除static final常量）；
通过反射访问类（Class.forName("com.example.Test")）；
初始化子类时，先初始化父类；
JVM 启动时，初始化包含main()方法的主类。

初始化阶段的具体操作：

执行类的静态代码块（static {}）；
为静态变量赋代码中定义的最终值 （如static int a = 10;，此时将 a 从 0 改为 10）；
按 "静态变量声明顺序、静态代码块书写顺序" 执行（静态代码块可访问前面声明的静态变量，不可访问后面的）。

关键：初始化阶段仅执行一次（JVM 保证类的初始化是线程安全的），若初始化过程中抛出异常，该类会标记为 "初始化失败"，后续无法再使用。

三、类加载子系统的核心支撑：类加载器与双亲委派模型

类加载子系统的 "加载" 阶段由类加载器完成，而类加载器遵循的双亲委派模型是保证类加载安全和唯一性的核心：

1. 类加载器的分类（JDK8 为例）

表格

类加载器类型	核心作用	加载来源
启动类加载器（Bootstrap）	加载 JVM 核心类	JRE/lib/rt.jar、核心类库（如 java.lang.*）
扩展类加载器（Extension）	加载 JVM 扩展类	JRE/lib/ext/*.jar
应用类加载器（Application）	加载应用程序类	classpath 下的类、JAR 包
自定义类加载器	加载自定义来源的类（如 Tomcat 的 WebappClassLoader）	自定义路径（如 WAR 包、网络）

2. 双亲委派模型的工作逻辑

类加载器加载类时，会先委托父加载器加载，父加载器加载不到时才自己加载，流程：

应用类加载器收到加载请求，先委托给扩展类加载器；
扩展类加载器再委托给启动类加载器；
启动类加载器尝试加载：若能加载则返回 Class 对象，若加载不到（如不是核心类），返回给扩展类加载器；
扩展类加载器尝试加载：若能加载则返回，否则返回给应用类加载器；
应用类加载器最后尝试加载：若仍加载不到，抛出ClassNotFoundException。

核心价值：避免类重复加载（如java.lang.String只能由启动类加载器加载），防止恶意类篡改核心类（如自定义java.lang.String会被双亲委派模型拦截，无法加载）。

四、类加载子系统与 JVM 运行时数据区的关联

类加载子系统的工作全程依赖 JVM 运行时数据区，核心关联：

加载阶段：字节码转换的类元数据存储到方法区 ，Class 对象创建到堆；
链接阶段：准备阶段为静态变量分配的内存位于方法区；
初始化阶段：执行静态代码块的临时数据存储到Java 虚拟机栈（栈帧的操作数栈、局部变量表）；
类加载完成后，执行引擎通过堆中的 Class 对象访问方法区的类元数据，调用方法时在 Java 虚拟机栈创建栈帧，实例化对象时在堆分配内存。

总结

核心作用

读取.class 字节码文件，将类元数据加载到方法区，为执行引擎提供可执行的类信息；
创建堆中的 Class 对象，作为访问类元数据的入口，支撑反射、实例化等操作；
通过验证、双亲委派模型保证类加载的合法性和安全性。

核心工作流程

加载：读取字节码，生成 Class 对象（方法区存元数据，堆存 Class 对象）；
链接：验证（校验合法性）→ 准备（静态变量赋默认值）→ 解析（符号引用转直接引用）；
初始化：执行静态代码块，为静态变量赋最终值（仅首次使用时执行）。

关键特征

类加载是 "懒加载" 的（仅首次使用时触发），而非 JVM 启动时全部加载；
初始化阶段是唯一执行 Java 代码的阶段，且线程安全；
双亲委派模型保证核心类不被篡改，避免类重复加载。