面試必問：JVM類加載機制詳細解析

前言

在Java面試中，簡歷上有寫JVM（Java虛擬機）相關的東西，JVM的類加載機制基本是面試必問的知識點。

類的加載和卸載

JVM是虛擬機的一種，它的指令集語言是字節碼，字節碼構成的文件是class文件。平常我們寫的Java文件，需要編譯為class文件才能交給JVM運行。可以這么說：C語言代碼——>二進制文件——>計算機硬件，就相當于Java代碼——>字節碼文件——>JVM。JVM將指定的class文件讀取到內存里，并運行該class文件里的Java程序的過程，就稱之為類的加載；反之，將某個class文件的運行時數據從JVM中移除的過程，就稱之為類的卸載。

class文件的運行時數據就是C++對象，也稱為kclass對象，這些運行時數據在JDK7之前是放在永久代（PermGen），JDK8之后則放在元空間（Metaspace）。

類的生命周期

Java類從被虛擬機加載開始，到卸載出內存為止，它的整個生命周期包括：加載（Loading）、驗證（Verification）、準備（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸載（Unloading）7個階段；其中驗證、準備和解析又統稱為連接（Linking）階段。

類的加載的時機

虛擬機規范并未嚴格規定類加載的時機，跟具體的JVM虛擬機有關。類加載的最佳時機是解析Java字節碼類文件中常量池符號的時候，Class.forName()、ClassLoader.loadClass()、反射API和JNI_FindClass都可以觸發類加載，Hot JVM自身啟動的時候也會觸發類加載。

通過JVM參數中加 -verbose:class，可以在應用啟動的時候打印類加載的過程，如下圖所示：

初始化這個階段，JVM虛擬機給出了5種必須對類進行“初始化”的情況

1. 使用new關鍵字實例化對象的時候、讀取或設置一個類的靜態字段的時候、調用一個類的靜態方法的時候；

2. 使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射調用的時候，如果類沒有進行過初始化，則要先觸發其初始化；

3. 當初始化一個類的時候，如果發現其父類還沒有被初始化，則要先初始化其父類；

4. 當虛擬機啟動時，用戶需要指定一個執行的主類（包含main方法的那個類），則虛擬機會優先初始化這個主類；

5. 在JDK1.7以后，動態語言支持的時候，如果一個java.lang.invoke.MethodHandle實例最后的結果是要執行第1種情況的操作，則也要進行初始化。

類的卸載時機

類的卸載跟采用的垃圾收集算法有關，在CMS中有兩種方法卸載不必要的類，一種是等到元空間（Metaspace）滿了的時候觸發FGC，另一種是使用跟CMS并發收集算法類似的方式，不過對于元空間的閾值和觸發CMS并發收集的閾值是獨立的。更具體的可以參考之前的文章：CMS學習筆記。在這里，我們只需要記住，JVM中一個類的卸載要滿足下面這3個條件：

1. 該類所有的實例對象都已被回收；

2. 該類的類加載器對象已經被回收；

3. 該類對應的java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。

歡迎大家關注我的公種浩【程序員追風】，文章都會在里面更新，整理的資料也會放在里面。

類加載器的作用

類的加載是需要類加載器完成的，但是類加載器在JVM中的作用可不止這些。在JVM中，一個類的唯一性是需要這個類本身和類加載一起才能確定的，每個類加載器都有一個獨立的命名空間。

不同的類加載器，即使是同一個類字節碼文件，最后再JVM里的類對象也不是同一個，下面的代碼展示了這個結論：

上述代碼的運行結果是：

可以看出，代碼中使用自定義類加載器（myLoader）加載的jvm.ClassLoaderTest類和通過應用程序類加載器加載的類不是同一個類。綜上，類加載器在JVM中的作用有：

1. 將類的字節碼文件從JVM外部加載到內存中

2. 確定一個類的唯一性

3. 提供隔離特性，為中間件開發者提供便利，例如Tomcat

最后

歡迎大家一起交流，喜歡文章記得點個贊喲，感謝支持！