Java的JVM類加載機(jī)制是什么

本篇內(nèi)容介紹了“Java的JVM類加載機(jī)制是什么”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

Java虛擬機(jī)把描述類的數(shù)據(jù)從Class文件加載到內(nèi)存，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的Java類型，這個(gè)過(guò)程被稱作虛擬機(jī)的類加載機(jī)制。當(dāng)Java程序運(yùn)行時(shí)，Java虛擬機(jī)會(huì)按需加載類，即在程序需要使用某個(gè)類時(shí)才會(huì)加載該類。

類的生命周期如下圖：

JVM的類加載機(jī)制包括加載、連接（ 驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析）、初始化 3個(gè)階段。

加載（Loading）

加載（Loading） 階段主要是查找并加載字節(jié)碼文件，這個(gè)文件可以是來(lái)自本地文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、jar包等地方。加載后，生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象。

加載類時(shí)會(huì)做以下工作：

1. 根據(jù)類的全限定名查找并讀取類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)可以來(lái)自文件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等各種數(shù)據(jù)源。

2. 將類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成方法區(qū)內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，JVM會(huì)對(duì)類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和校驗(yàn)。

3. 在方法區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)該類的相關(guān)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(gè)代表該類的Class對(duì)象，并將該對(duì)象存放在JVM的堆內(nèi)存中。Class對(duì)象包含了類的各種信息，可以用于創(chuàng)建類的實(shí)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(guò)程中，JVM會(huì)遵循一定的雙親委派機(jī)制，即先委派給父類加載器嘗試加載，如果父類加載器無(wú)法加載，則由當(dāng)前類加載器進(jìn)行加載。這樣可以保證類的加載不會(huì)重復(fù)，避免出現(xiàn)類似的類被多次加載的情況。有關(guān)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(dòng)作（如一部分字節(jié)碼文件格式驗(yàn)證動(dòng)作）是交叉進(jìn)行的，加載階段尚未完成，連接階段可能已經(jīng)開始，但這些夾在加載階段之中進(jìn)行的動(dòng)作，仍然屬于連接階段的一部分，這兩個(gè)階段的開始時(shí)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(jī)將類文件中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過(guò)程，會(huì)對(duì)字節(jié)碼文件進(jìn)行驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析。

• 驗(yàn)證（Verification）：在這個(gè)階段，JVM會(huì)對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行驗(yàn)證，以確保其符合Java虛擬機(jī)規(guī)范，并且不會(huì)對(duì)虛擬機(jī)造成安全威脅。驗(yàn)證的內(nèi)容包括靜態(tài)分析、字節(jié)碼驗(yàn)證、符號(hào)引用驗(yàn)證等。如果驗(yàn)證失敗，JVM會(huì)拋出VerifyError異常。

• 準(zhǔn)備（Preparation）：在這個(gè)階段，JVM會(huì)為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值（零值）。這個(gè)階段不會(huì)執(zhí)行任何Java代碼，只是為靜態(tài)變量分配內(nèi)存空間。例如將int類型的靜態(tài)變量賦值為0。

public static int staticValue = 123;

準(zhǔn)備階段初始化只是將靜態(tài)變量初始化為默認(rèn)值，比如上面這段代碼，不同數(shù)據(jù)類型都有其默認(rèn)值，初始化是只是將staticValue賦予默認(rèn)值0，也就是staticValue = 0，只有在初始化階段才會(huì)將staticValue賦值為123，也就是staticValue = 123。但是如果是staticValue是個(gè)常量public static final int staticValue = 123，準(zhǔn)備階段才會(huì)將staticValue賦值為123。

• 解析（Resolution）：在這個(gè)階段，JVM會(huì)將類、接口、字段和方法的符號(hào)引用解析為直接引用。符號(hào)引用是指用來(lái)描述某個(gè)類、字段或方法的名稱和類型的符號(hào)，而直接引用則是指直接指向內(nèi)存中的具體位置的引用。解析的過(guò)程包括將類或接口的符號(hào)引用解析為直接引用、將字段的符號(hào)引用解析為直接引用、將類中方法的符號(hào)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(dòng)使用時(shí)執(zhí)行的階段，虛擬機(jī)會(huì)執(zhí)行類的初始化代碼，包括靜態(tài)變量的賦值和靜態(tài)代碼塊的執(zhí)行等操作。

初始化階段是類加載的最后一個(gè)階段，在該階段，JVM會(huì)執(zhí)行以下操作：

1. 執(zhí)行靜態(tài)變量賦值操作：在這個(gè)階段，JVM會(huì)對(duì)所有的靜態(tài)變量進(jìn)行初始化并賦值。這些靜態(tài)變量的值通常在類定義中已經(jīng)被明確定義了，JVM會(huì)根據(jù)定義進(jìn)行相應(yīng)的賦值操作。

2. 執(zhí)行靜態(tài)代碼塊：如果類定義中包含有靜態(tài)代碼塊，那么在該階段JVM會(huì)執(zhí)行這些靜態(tài)代碼塊中的代碼。

3. 調(diào)用類的初始化方法：在Java程序中，可以使用static關(guān)鍵字來(lái)定義一個(gè)類的靜態(tài)初始化方法（即static void methodName()）。在該階段，JVM會(huì)調(diào)用這個(gè)類的靜態(tài)初始化方法。

類初始化的時(shí)機(jī)

類初始化時(shí)機(jī)包括以下四種情況：

• 創(chuàng)建該類的實(shí)例對(duì)象時(shí)，例如使用 new 關(guān)鍵字創(chuàng)建對(duì)象，類的初始化將被觸發(fā) 如果一個(gè)類是程序執(zhí)行的入口類（即包含 main() 方法的類），那么也會(huì)觸發(fā)該類的初始化操作。

• 子類初始化會(huì)觸發(fā)父類初始化：當(dāng)一個(gè)子類被初始化時(shí)，其父類也會(huì)被初始化。這意味著，如果一個(gè)類沒有被使用，那么它的父類也不會(huì)被初始化。

• 當(dāng)調(diào)用類的靜態(tài)方法（不包括final方法和private方法）或訪問類的靜態(tài)字段（不包括final字段）時(shí)，類的初始化將被觸發(fā)。

• 當(dāng)使用反射API對(duì)類進(jìn)行某些操作時(shí)（例如使用Class.forName()方法加載類、調(diào)用Class.newInstance()方法創(chuàng)建對(duì)象、調(diào)用Method.invoke()方法調(diào)用方法等），類的初始化將被觸發(fā)。

初始化是線程安全的JVM保證一個(gè)類的初始化只會(huì)由一個(gè)線程去執(zhí)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(gè)簡(jiǎn)單的Java代碼示例，展示JVM類加載機(jī)制中初始化階段的示例

public class MyClass {

    // 靜態(tài)變量
    public static String staticStr = "Hello, world!";

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

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

    // 靜態(tài)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(gè)靜態(tài)變量staticStr、一個(gè)靜態(tài)代碼塊和一個(gè)構(gòu)造方法，以及一個(gè)靜態(tài)方法staticMethod。當(dāng)程序首次使用MyClass類時(shí)，JVM將會(huì)觸發(fā)MyClass類的初始化階段。可以通過(guò)下面的代碼來(lái)測(cè)試類的初始化：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MyClass.staticStr); // 調(diào)用靜態(tài)變量，觸發(fā)類初始化
        MyClass.staticMethod(); // 調(diào)用靜態(tài)方法，觸發(fā)類初始化
        MyClass obj = new MyClass(); // 創(chuàng)建對(duì)象，觸發(fā)類初始化
    }
}

在上面的代碼中，首先輸出了MyClass類的靜態(tài)變量staticStr，此時(shí)會(huì)觸發(fā)MyClass類的初始化；然后調(diào)用了靜態(tài)方法staticMethod，同樣會(huì)觸發(fā)MyClass類的初始化；最后創(chuàng)建了一個(gè)MyClass對(duì)象，也會(huì)觸發(fā)MyClass類的初始化。運(yùn)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(jié)果表明，MyClass類的初始化確實(shí)在首次使用該類時(shí)被觸發(fā)，包括靜態(tài)變量、靜態(tài)代碼塊、靜態(tài)方法和構(gòu)造方法都被執(zhí)行了。

此外，如果一個(gè)類是另一個(gè)類的子類，那么在使用子類時(shí)，父類也會(huì)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(chuàng)建子類對(duì)象，觸發(fā)父類和子類初始化
    }
}

在上述代碼中，當(dāng)創(chuàng)建MySubClass類的對(duì)象時(shí)，將會(huì)觸發(fā)MyBaseClass和MySubClass類的初始化。運(yùn)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(jī)制是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！