Java架构师必须知道的JVM类加载机制，这都不懂趁早放弃吧！

Posted 2022-04-27 wx61cd7f82847ee

简单说，首先是".java"代码文件编译成".class"字节码文件，然后类加载器把".class"字节码文件中的类加载到JVM中，接着JVM来执行这些类的代码。

一、类加载过程

类加载到使用，经历以下过程

加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载

(1)JVM会在什么情况下去加载一个类？

当代码中用到这个类的时候。例如有一个类​​DemoMain.class​​​,里面有一个​​main​​方法作为主入口

一旦JVM启动，就会把这个类加载到内存，然后从main方法的入口代码开始执行。

接着代码中实例化了Demo对象，此时就需要将​​Demo.class​​字节码文件的这个类加载到内存。

public class DemoMain 
 
    public static void main(String[] args) 
        Demo demo = new Demo();
    
 

小结：
首先你的代码中包含main方法的主类一定会在JVM进程启动之后被加载到内存，开始执行main方法中的代码

接着遇到使用了别的类，此时就会从对应的​​.class​​字节码文件加载对应的类到内存里来。

（2）验证阶段

简单来说，这一步是根据java虚拟机规范，来校验加载进来的​​.class​​文件中的内容，是否符合指定的规范。

比如你的​​.class​​文件被人篡改了，里面的字节码不符合规范，那么JVM是没法去执行这个字节码的。

所以字节码文件加载到内存之后，必须先验证一下，必须完全符合JVM规范，后续才能交给JVM。

（3）准备阶段（较为核心）

验证确认字节码文件内容符合规范之后，会进入准备阶段。

public class Demo 
 
    public static int number;
 

假如有以上代码。准备工作其实就是给这个​​Demo​​类分配一定的内存空间;

然后给他里面的类变量（​​static​​​修饰的变量）​​number​​分配内存空间，并且分配一个默认初始值“0”。

整个过程如下：

在验证、准备、解析三个阶段，准备阶段较为核心。

因为这个阶段是给加载进来的类分配好了内存空间，类变量也分配好了内存空间，并且给了默认的初始值。

（4）解析阶段

这个阶段，实际上是把符号引用替换为直接引用的过程，涉及到JVM的底层，此阶段暂时不做解读。

（5）核心阶段：初始化

准备阶段，会把类的内存空间分配好，以及给予类变量一个默认的初始值0，那么接下来就会正是执行类初始化的代码。

public class Demo 
 
    public static int number = 5;
    

可以看到，将5赋值给number这个类变量，但在准备阶段会进行赋值吗？

不会的。准备阶段仅仅是给number这个类变量开辟了一个内存空间，然后给个初始值“0”；

赋值代码是在“初始化”阶段来执行。

static静态代码块，也会在这个阶段来执行。

什么时候会初始化一个类？

一般来说，比如​​new Demo()​​来实例化类的对象了，此时就会触发类的加载到初始化的全过程，把这个类准备好，然后再实例化一个对象出来;

或者是包含​​main​​方法的主类，必须是立马初始化的。

此外，还有一个非常重要的规则，就是如果初始化一个类的时候，发现他的父类还没初始化，那么必须先初始化他的父类，比如下面代码：

public class Demo extends DemoFather
 
    public static int number = 5;
    

如果要​​new Demo（）​​这个类的实例，那么会加载这个类，然后初始化这个类，但是初始化这个类之前，发现​​DemoFather​​作为父类还没有加载和初始化，那么必须先加载这个父类，并且初始化这个父类。

二、类加载器和双亲委派机制

实现上述过程，必须是依靠类加载器来实现的；

java中简单来说有以下几种类加载器：

（1）启动类加载器

Bootstrap ClassLoader，它主要是负责加载我们在机器上安装的Java目录下的核心类。

在java安装目录下有一个“lib”目录，里面有java最核心的一些类库，支撑java系统的运行；

一旦jvm启动，那么首先就会依托启动类加载器，去加载java安装目录下的“lib”目录中的核心类库。

（2）扩展类加载器

Extension ClassLoader，这个类加载器也是类似，就是java安装目录下，有一个​​lib\\ext​​目录；

这里面有一些类，就是需要使用这个类加载器来加载的，支持系统运行.

一旦jvm启动，也得从java安装目录下，加载这个目录的类。

（3）应用程序加载器

Application Classloader，这类加载器辅助加载​​ClassPath​​环境变量所指定的路径的类

可以理解为，去加载你写好的Javadiam，这个类加载器就负责加载你写好的那些类到内存里。

（4）自定义类加载器

根据自己的需求加载你的类。

（5）双亲委派机制

JVM的类加载器有亲子层级结构的，也就是说，启动类加载器在最上层，扩展类加载器在第二层，第三层是应用程序加载器，最后一层是自定义类加载器。

如图所示：

基于这个亲子层级结构，就有一个双亲委派的机制。

就是假设你的应用程序加载器需要加载一个类，它首先会委派给自己的父类加载器去加载，最终传到到顶层的类加载器去加载，但是如果父类加载器在自己负责加载的范围呢，没找到这个类，那么就会下推加载权利给自己的自类加载器。

举例：

比如你的JVM现在需要加载​​DemoMain​​类，此时应用程序类加载器会问自己的爸爸，也就是扩展类加载器，你能加载到这个类吗？

然后扩展类加载器问自己的爸爸，启动类加载器，你能加载到这个类吗？

启动类加载器心想，我在java安装目录下，没找到这个类啊，自己找去！

然后，就下推加载权利给扩展类加载器这个儿子，结果扩展类加载器找了半天，也没找到自己负责的目录中有这个类

这时他会生气，说：明明就是你这应用程序加载器自己负责的，自己找去。

然后应用程序类加载器在自己负责的范围内，比如就是你写好的那个系统打包成的jar包吧，一下子发现，就在这里！然后就自己吧这个类加载到内存里去了、

这就是所谓的双亲委派模型：先找父亲去加载，不行的话再由儿子来加载。

这样的话，可以避免多层级的加载器结构重复加载某些类。

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