详细介绍：JVM类加载

类加载的过程

1. 什么是类加载？

• 简单来说，类加载是指 Java 虚拟机（JVM）将类的.class通过文件（二进制数据）读入内存，并将其转换为 JVM 能够使用的 Class 对象的过程。这个 Class 对象是 Java 反射机制的基石，也是我们在程序中利用这个类的模板。

• 类加载并不仅仅指“加载”这一个动作，它包含了从查找字节码到类完全可用的一整个生命周期。

---

2. 类加载的过程（类的生命周期）
类加载的过程主要分为以下三个核心阶段：加载、链接、初始化。其中链接又细分为三个子阶段。

阶段一：加载
“加载”（Loading）阶段是整个“类加载”（Class Loading）过程中的⼀个阶段，它和类加载Class Loading 是不同的，⼀个是加载 Loading 另⼀个是类加载 Class Loading，所以不要把⼆者搞混了。

此阶段重要做完三件事：

• 通过类的全限定名获取其定义的二进制字节流。

  • 这不仅仅是从文件系统读取 .class 文件，还可以从 JAR、WAR 包、网络、数据库、运行时计算生成（动态代理）等多种来源获取。

• 将该字节流所代表的静态存储结构转化为办法区的运行时数据结构。

  • 方法区（在 HotSpot JVM 8+ 中称为 Metaspace）存储了类的结构信息，如常量池、字段描述、技巧描述等。

• 在堆内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象。

  • 这个 Class 对象作为方法区中该类各种材料的访问入口。我们通过 MyClass.class 或 obj.getClass() 获取的就是这个对象。

注意：要靠类加载器来加载就是数组类本身不由类加载器创建，而是由 JVM 直接在内存中动态构造。但数组的元素类型（Component Type）最终还
阶段二：链接（Linking）
（1）验证（Verification）
验证是连接阶段的第⼀步，这⼀阶段的⽬的是确保Class⽂件的字节 流中涵盖的信息符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求，保证这些信 息被当作代码运⾏后不会危害虚拟机⾃⾝的安全。

• 目的：确保被加载的类的字节流符合 JVM 规范，不会危害 JVM 的安全。

• 主要检查：

  • 文件格式验证：魔数（CAFE BABE）、版本号等。
  • 元内容验证：否实现了抽象方法等。就是类是否有父类（除了 Object）、是否是最终类被继承、
  • 字节码验证：确保方式体中的代码逻辑正确（如类型转换安全）。
  • 符号引用验证：发生在解析阶段，确保符号引用能够被正确解析。

（2）准备（Preparation）

• 目的：为类的静态变量（static variables） 分配内存并设置初始值。

• 关键点：

  • 分配内存的仅包括类变量（被 static 修饰的变量），不包括实例变量。

  • 设置的是数据类型的零值，而不是代码中显式赋予的值。
    例如：public static int value = 123; 在准备阶段后，value 的初始值是 0，而不是 123。赋值为 123 的动作将在后面的初始化阶段执行。

  • 对于 static final修饰的常量（ConstantValue），如果它的类型是基础类型或 String，并且在编译期就能确定值，那么准备阶段就会直接将其初始化为指定的值。例如：public static final int value = 123; 在准备阶段后，value 的值就是 123。

（3）解析（Resolution）

• 目的：将常量池内的符号引用（Symbolic References） 替换为直接引用（Direct References）。

  • 符号引用：一组用来描述所引用目标的符号，允许是任何形式的字面量，与虚拟机内存布局无关。

  • 直接引用：可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个能间接定位到目标的句柄。与虚拟机内存布局相关。

• 解析的目标通常包括：类或接口、字段、类方法、接口技巧、技巧类型等。

阶段三：初始化（Initialization）

• 目的：执行类的构造器< clinit >() 技巧的过程，真正开始执行类中定义的 Java 程序代码。

• < clinit >() 途径是什么？

  • 它是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块（static{}块） 中的语句合并产生的。
  • 顺序由语句在源文件中出现的顺序决定。

• 初始化的时机（主动引用，触发初始化）：

  • 遇到 new, getstatic, putstatic, invokestatic 这四条字节码指令时。
    对应代码场景：应用 new 关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）、调用一个类的静态方法。

  • 利用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候。

  • 当初始化一个类时，如果其父类还没有被初始化，则得先触发其父类的初始化。

  • 虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。

• 不会导致初始化的情况（被动引用）：

  • 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。
  • 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。如 MyClass[] arr = new MyClass[10];
  • 引用一个类的常量（static final）不会触发初始化，因为常量在编译阶段就存入调用类的常量池了。

---

3. 类加载器（ClassLoader）
实际执行“加载”阶段动作的组件。就是类加载器

三层类加载器模型（ parental delegation model, 双亲委派模型）
Java 保留了三种基本的类加载器：

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：

  • C++ 实现，是 JVM 自身的一部分。
  • 负责加载 <JAVA_HOME>/lib 目录下的核心类库（如 rt.jar, charsets.jar 等），或者被 -Xbootclasspath 参数指定的路径中的类。
  • 无法被 Java 程序直接引用。

• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：

  • Java 搭建，是 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 类。
  • 负责加载 <JAVA_HOME>/lib/ext 目录下的，或者被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中的所有类库。
  • 开发者许可直接使用。

• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：

  • sun.misc.Launcher$AppClassLoader 类。就是Java 实现，
  • 也叫系统类加载器（System ClassLoader）。
  • 负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库。
  • 它。就是是程序中默认的类加载器。要是没有自定义类加载器，ClassLoader.getSystemClassLoader() 返回的就

---

双亲委派模型

1. 什么是双亲委派模型？
如果⼀个类加载器收到了类加载的请求，它⾸先不会⾃⼰去尝试加载这个类，⽽是把这个请求委派给⽗类加载器去完成，每⼀个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当⽗加载器反馈⾃⼰⽆ 法结束这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，⼦加载器才会尝试⾃⼰去完成加载。

• 从下到上检查：Application ClassLoader -> Extension ClassLoader -> Bootstrap ClassLoader。

• 从上到下尝试加载：只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（在自己的搜索范围没找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。
  

• 启动类加载器：加载 JDK 中 lib ⽬录中 Java 的核⼼类库，即$JAVA_HOME/lib⽬录。 扩展类加载器。加载 lib/ext ⽬录下的类。

• 应⽤程序类加载器：加载我们写的应⽤程序。

• ⾃定义类加载器：根据⾃⼰的需求定制类加载器。

---

2.优点：

• 避免类的重复加载：确保一个类在 JVM 中全局唯一。⽐如 A 类和 B 类都有⼀个⽗类 C 类，那么当 A 启动时就会将 C 类加载起来，那
  么在 B 类进⾏加载时就不需要在重复加载 C 类了。

• 安全：防止核心 API 库被随意篡改。比如用户自定义了一个java.lang.Object 类，如果没有双亲委派，它会被加载，从而破坏 Java 体系。但有了它，这个请求会最终委派给启动类加载器，而启动类加载器加载的是核心的 Object 类，用户的这个类就无法被加载。

---

3. 打破双亲委派模型
在某些场景下，需要打破双亲委派模型，实现自己的类加载逻辑，例如：

• 从非标准来源加载类（如网络、数据库）。

• 搭建热部署、热替换（如 Tomcat 为每个 Web 应用提供独立的类加载器）。

• 对类进行加密，必须在加载时解密。

如何实现：
通常继承 java.lang.ClassLoader 类，然后重写 findClass(String name) 方法。在这个方法中，编写如何获取类的字节码并调用 defineClass 方法来定义类的逻辑。

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
  // 1. 根据 name 和 classPath，找到 .class 文件，读取为字节数组 byte[]
  byte[] classData = loadClassData(name);
  if (classData == null) {
  throw new ClassNotFoundException();
  } else {
  // 2. 调用 defineClass 方法，将字节数组转换为 Class 对象
  return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
  }
  }
  private byte[] loadClassData(String className) {
  // 实现从特定路径（如文件、网络）读取 .class 文件的逻辑
  // 返回字节数组
  // ... (具体实现省略)
  return null;
  }
  }

---

总结

概念	描述
过程 加载	（获取字节流 -> 方式区 -> 生成Class对象） -> 链接（验证 -> 准备 -> 解析） -> 初始化（执行 ）
类加载器	Bootstrap（核心库） -> Extension（扩展库） -> Application（用户ClassPath）
双亲委派	子加载器将加载请求委派给父加载器，父加载器无法完成时子加载器才自己加载。保证了安全性和唯一性。
自定义	继承 ClassLoader，重写 findClass 方法，用于实现非标准来源的类加载、热部署等高级功能。

理解类加载机制是深入理解 JVM 工作原理、实现高级特性和处理复杂类冲突问题的关键。