Java的JVM類加載機制是什么

本篇內容介紹了“Java的JVM類加載機制是什么”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

Java虛擬機把描述類的數據從Class文件加載到內存，并對數據進行校驗、轉換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機直接使用的Java類型，這個過程被稱作虛擬機的類加載機制。當Java程序運行時，Java虛擬機會按需加載類，即在程序需要使用某個類時才會加載該類。

類的生命周期如下圖：

JVM的類加載機制包括加載、連接（ 驗證、準備、解析）、初始化 3個階段。

加載（Loading）

加載（Loading） 階段主要是查找并加載字節碼文件，這個文件可以是來自本地文件系統、網絡、jar包等地方。加載后，生成一個對應的Class對象。

加載類時會做以下工作：

1. 根據類的全限定名查找并讀取類的二進制數據。類的二進制數據可以來自文件、網絡、數據庫等各種數據源。

2. 將類的二進制數據轉換成方法區內部的數據結構。在轉換的過程中，JVM會對類的二進制數據進行解析和校驗。

3. 在方法區內存儲該類的相關信息，包括類的名稱、修飾符、常量池、字段描述符、方法描述符、接口描述符、方法表等。

4. 生成一個代表該類的Class對象，并將該對象存放在JVM的堆內存中。Class對象包含了類的各種信息，可以用于創建類的實例、獲取類的方法和字段等操作。

需要注意的是，在加載類的過程中，JVM會遵循一定的雙親委派機制，即先委派給父類加載器嘗試加載，如果父類加載器無法加載，則由當前類加載器進行加載。這樣可以保證類的加載不會重復，避免出現類似的類被多次加載的情況。有關類加載器可以查看我之前的文章。

加載階段與連接階段的部分動作（如一部分字節碼文件格式驗證動作）是交叉進行的，加載階段尚未完成，連接階段可能已經開始，但這些夾在加載階段之中進行的動作，仍然屬于連接階段的一部分，這兩個階段的開始時間仍然保持著固定的先后順序。

連接（Linking）

連接階段是Java虛擬機將類文件中的符號引用轉換為直接引用的過程，會對字節碼文件進行驗證、準備、解析。

• 驗證（Verification）：在這個階段，JVM會對字節碼進行驗證，以確保其符合Java虛擬機規范，并且不會對虛擬機造成安全威脅。驗證的內容包括靜態分析、字節碼驗證、符號引用驗證等。如果驗證失敗，JVM會拋出VerifyError異常。

• 準備（Preparation）：在這個階段，JVM會為類的靜態變量分配內存，并將其初始化為默認值（零值）。這個階段不會執行任何Java代碼，只是為靜態變量分配內存空間。例如將int類型的靜態變量賦值為0。

public static int staticValue = 123;

準備階段初始化只是將靜態變量初始化為默認值，比如上面這段代碼，不同數據類型都有其默認值，初始化是只是將staticValue賦予默認值0，也就是staticValue = 0，只有在初始化階段才會將staticValue賦值為123，也就是staticValue = 123。但是如果是staticValue是個常量public static final int staticValue = 123，準備階段才會將staticValue賦值為123。

• 解析（Resolution）：在這個階段，JVM會將類、接口、字段和方法的符號引用解析為直接引用。符號引用是指用來描述某個類、字段或方法的名稱和類型的符號，而直接引用則是指直接指向內存中的具體位置的引用。解析的過程包括將類或接口的符號引用解析為直接引用、將字段的符號引用解析為直接引用、將類中方法的符號引用解析為直接引用。

初始化（Initialization）

初始化階段是指在類被首次主動使用時執行的階段，虛擬機會執行類的初始化代碼，包括靜態變量的賦值和靜態代碼塊的執行等操作。

初始化階段是類加載的最后一個階段，在該階段，JVM會執行以下操作：

1. 執行靜態變量賦值操作：在這個階段，JVM會對所有的靜態變量進行初始化并賦值。這些靜態變量的值通常在類定義中已經被明確定義了，JVM會根據定義進行相應的賦值操作。

2. 執行靜態代碼塊：如果類定義中包含有靜態代碼塊，那么在該階段JVM會執行這些靜態代碼塊中的代碼。

3. 調用類的初始化方法：在Java程序中，可以使用static關鍵字來定義一個類的靜態初始化方法（即static void methodName()）。在該階段，JVM會調用這個類的靜態初始化方法。

類初始化的時機

類初始化時機包括以下四種情況：

• 創建該類的實例對象時，例如使用 new 關鍵字創建對象，類的初始化將被觸發 如果一個類是程序執行的入口類（即包含 main() 方法的類），那么也會觸發該類的初始化操作。

• 子類初始化會觸發父類初始化：當一個子類被初始化時，其父類也會被初始化。這意味著，如果一個類沒有被使用，那么它的父類也不會被初始化。

• 當調用類的靜態方法（不包括final方法和private方法）或訪問類的靜態字段（不包括final字段）時，類的初始化將被觸發。

• 當使用反射API對類進行某些操作時（例如使用Class.forName()方法加載類、調用Class.newInstance()方法創建對象、調用Method.invoke()方法調用方法等），類的初始化將被觸發。

初始化是線程安全的JVM保證一個類的初始化只會由一個線程去執行，其他線程需要等待該線程完成后才能訪問該類。

下面用一個簡單的Java代碼示例，展示JVM類加載機制中初始化階段的示例

public class MyClass {

    // 靜態變量
    public static String staticStr = "Hello, world!";

    static {
        System.out.println("MyClass is initialized.");
    }

    // 構造方法
    public MyClass() {
        System.out.println("MyClass constructor is called.");
    }

    // 靜態方法
    public static void staticMethod() {
        System.out.println("MyClass staticMethod is called.");
    }
}

在上述代碼中，類MyClass包含一個靜態變量staticStr、一個靜態代碼塊和一個構造方法，以及一個靜態方法staticMethod。當程序首次使用MyClass類時，JVM將會觸發MyClass類的初始化階段。可以通過下面的代碼來測試類的初始化：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MyClass.staticStr); // 調用靜態變量，觸發類初始化
        MyClass.staticMethod(); // 調用靜態方法，觸發類初始化
        MyClass obj = new MyClass(); // 創建對象，觸發類初始化
    }
}

在上面的代碼中，首先輸出了MyClass類的靜態變量staticStr，此時會觸發MyClass類的初始化；然后調用了靜態方法staticMethod，同樣會觸發MyClass類的初始化；最后創建了一個MyClass對象，也會觸發MyClass類的初始化。運行上述代碼，可以看到以下輸出：

MyClass is initialized.
Hello, world!
MyClass staticMethod is called.
MyClass constructor is called.

輸出結果表明，MyClass類的初始化確實在首次使用該類時被觸發，包括靜態變量、靜態代碼塊、靜態方法和構造方法都被執行了。

此外，如果一個類是另一個類的子類，那么在使用子類時，父類也會被初始化。例如：

public class MyBaseClass {
    static {
        System.out.println("MyBaseClass is initialized.");
    }
}

public class MySubClass extends MyBaseClass {
    static {
        System.out.println("MySubClass is initialized.");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MySubClass obj = new MySubClass(); // 創建子類對象，觸發父類和子類初始化
    }
}

在上述代碼中，當創建MySubClass類的對象時，將會觸發MyBaseClass和MySubClass類的初始化。運行上述代碼，可以看到以下輸出：

MyBaseClass is initialized.
MySubClass is initialized.

“Java的JVM類加載機制是什么”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！