[2025.1.20 JavaSE学习]类加载

类加载

一、基本说明

反射机制是Java实现动态语言的关键，也就是通过反射实现类动态加载

• 静态加载：编译时加载相关的类，如果没有则报错，依赖性太强
• 动态加载：运行时加载需要的类，如果运行时不用该类，则不报错，降低了依赖性
• 静态加载例子：

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String key = scanner.next();
switch(key){
	case "1":
		Dog dog = new Dog();
		dog.method();
		break;
	case "2":
		break;
}

代码虽然不一定会用到Dog类，但是会静态记载，报错找不到类"Dog"，一定要编写这个类的定义

• 动态加载例子：

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String key = scanner.next();
switch(key){
	case "1":
		Dog dog = new Dog();
		dog.method();
		break;
	case "2":
		Class cls = Class.forName("Person");//加载Person类，但是编译的时候不会加载
		Object o = cls.newInstance();
		Method m = cls.getMethod("method_");
		m.invoke(o);
		break;
}

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二、类加载时机

• 创建对象时(new)
• 子类被加载时
• 调用类中的静态成员时
• 通过反射

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三、类加载流程

• 类加载流程图如下：

• 1、加载阶段
  • 将类的class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象，此过程由类加载器完成
    • 详解：JVM在该阶段的主要目的是将字节码从不同的数据源（可能是class文件、也可能时jar包，甚至网络）转化为二进制字节流加载到内存中，并生成一个代表该类的java.lang.Class对象

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• 2、连接阶段
  • 验证阶段：对文件安全性进行验证
    • 详解：目的是为了确保class文件的字节流中包含的信息符合当前JVM要求，并且不会危害JVM自身的安全，包括：文件格式验证（以魔数 oxcafebabe开头为安全）、元数据验证、字节码验证和符号引用验证
    • 可以使用 -Xverify:none参数来关闭大部分的类验证措施，缩短JVM加载时间
      
      
  • 准备阶段：进行默认初始化，分配空间
    • 详解：JVM会在该阶段对静态变量分配内存并初始化（对应数据类型的默认初始值，如0、0L、null、false等），这些变量所使用的内存都将在方法区进行分配

public int n1 = 10;
public static int n2 = 20;
public static final int n3 = 30;
//准备阶段
//n1是实例属性，不是静态变量，因此在准备阶段，不会分配内存
//n2是静态变量，分配内存，在该阶段默认初始化为0，而不是20
//n3 static final是常量，和静态变量不一样一旦赋值就不变，在该阶段直接为30

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• 解析阶段：把符号引用转为直接引用
  • 最后将类的二进制数据合并到JRE中
  • 关于两种引用的gpt解释如下：

1. 符号引用（Symbolic Reference）

• 定义：
  • 符号引用是一种抽象引用，用于描述目标（如类、方法、字段）的逻辑信息。
  • 它不涉及具体的内存地址或偏移量，而是通过符号（如类名、方法名、字段名）来引用目标。
• 特点：
  • 与具体的内存布局无关。
  • 是一种逻辑描述，独立于 JVM 的实现。
• 示例：
  • 类符号引用：java/lang/Object
  • 方法符号引用：java/lang/Object.toString()Ljava/lang/String;
  • 字段符号引用：java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
• 存储位置：
  • 符号引用存储在 .class 文件的常量池中。

2. 直接引用（Direct Reference）

• 定义：
  • 直接引用是一种具体引用，指向目标在内存中的实际地址或偏移量。
  • 它可以直接用于访问目标（如调用方法、访问字段）。
• 特点：
  • 与具体的内存布局相关。
  • 是一种物理描述，依赖于 JVM 的实现。
• 示例：
  • 类直接引用：指向方法区中类元数据的指针。
  • 方法直接引用：指向方法代码的指针。
  • 字段直接引用：指向字段内存地址的指针。
• 生成时机：
  • 在类加载的解析阶段，符号引用会被转换为直接引用。

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• 3、初始化阶段
  • JVM负责对类进行初始化，这里主要是指静态成员（因为是类加载阶段）
    • 详解：到初始化阶段，才开始真正执行类中定义的Java程序代码，此阶段是执行< clinit >方法的过程
    • < clinit >方法是由编译器按语句在源文件中出现的顺序，依次自动收集类中所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句，并进行合并
    • JVM会保证一个类的< clinit >()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的< clinit >方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行< clinit >()方法完毕

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• 前两个阶段都是JVM进行指定，最后一个阶段可由程序员进行决定