Java中什么是類加載？類加載的過程？

作者：Seven 2025-06-26 03:33:00

二進(jìn)制流可以來源于 class 文件，或通過字節(jié)碼工具生成的字節(jié)碼或來自于網(wǎng)絡(luò)。只要符合格式的二進(jìn)制流，JVM 來者不拒。

類加載指的是把類加載到 JVM 中。把二進(jìn)制流存儲到內(nèi)存中，之后經(jīng)過一番解析、處理轉(zhuǎn)化成可用的 class 類。

二進(jìn)制流可以來源于 class 文件，或通過字節(jié)碼工具生成的字節(jié)碼或來自于網(wǎng)絡(luò)。只要符合格式的二進(jìn)制流，JVM 來者不拒。

虛擬機(jī)遇到?條 new 指令時(shí)，?先將去檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到這個(gè)類的符號引?，并且檢查這個(gè)符號引?代表的類是否已被加載過、解析和初始化過。如果沒有，那必須先執(zhí)?相應(yīng)的類加載過程。類加載過程包括了加載、連接、初始化三個(gè)階段，其中連接還可以分為驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析。

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加載

將二進(jìn)制流讀入內(nèi)存中，生成一個(gè) Class 對象。

在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情:

通過一個(gè)類的全限定名來獲取其定義的二進(jìn)制字節(jié)流。
將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
在Java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對象，作為對方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

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這個(gè)階段既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來完成加載，也可以自定義自己的類加載器來完成加載。

驗(yàn)證

確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合JVM規(guī)范，保證在運(yùn)行后不會危害虛擬機(jī)自身的安全。即安全性檢查，主要包括四種驗(yàn)證：

文件格式驗(yàn)證: 驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范；例如: 是否以0xCAFEBABE開頭、主次版本號是否在當(dāng)前虛擬機(jī)的處理范圍之內(nèi)、常量池中的常量是否有不被支持的類型。
元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：: 對字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義分析(注意: 對比javac編譯階段的語義分析)，以保證其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求；例如: 這個(gè)類是否有父類，除了java.lang.Object之外。
字節(jié)碼驗(yàn)證：通過數(shù)據(jù)流和控制流分析，確定程序語義是合法的、符合邏輯的。
符號引用驗(yàn)證：確保解析動(dòng)作能正確執(zhí)行

驗(yàn)證階段是非常重要的，但不是必須的，它對程序運(yùn)行期沒有影響，如果所引用的類經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，那么可以考慮采用-Xverifynone參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗(yàn)證措施，以縮短虛擬機(jī)類加載的時(shí)間。

準(zhǔn)備

準(zhǔn)備階段是正式為static 變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配。

static變量在分配空間和賦值是在兩個(gè)階段完成的。分配空間在準(zhǔn)備階段完成，賦值在初始化階段完成。也就是說這里給類變量設(shè)置初始值，設(shè)置的是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值(如0、0L、null、false等)。

如果 static 變量是 ?nal 的基本類型，以及字符串常量，那么編譯階段值就確定了，賦值在準(zhǔn)備階段完成。
如果 static 變量是 ?nal 的，但屬于引用類型，那么賦值會在初始化階段完成。

解析

將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程。符號引用用于描述目標(biāo)，直接引用直接指向目標(biāo)的地址。

未解析時(shí)，常量池中的看到的對象僅是符號，未真正的存在于內(nèi)存中。
解析以后，會將常量池中的符號引用解析為直接引用。

初始化

初始化階段會執(zhí)行cinit方法來為類變量static變量賦上定義的值并執(zhí)行類中的靜態(tài)代碼塊；這里的賦值才是代碼里面的賦值，準(zhǔn)備階段只是設(shè)置初始值占個(gè)坑。

在Java中對類變量進(jìn)行初始值設(shè)定有兩種方式:

聲明類變量是指定初始值
使用靜態(tài)代碼塊為類變量指定初始值

何時(shí)進(jìn)行類加載？

定義了main的類，啟動(dòng)main方法時(shí)該類會被加載
創(chuàng)建類的實(shí)例，即new對象的時(shí)候
訪問類的靜態(tài)方法
訪問類的靜態(tài)變量
反射 Class.forName()

JVM初始化步驟？

假如這個(gè)類還沒有被加載和連接，則程序先加載并連接該類
假如該類的直接父類還沒有被初始化，則先初始化其直接父類
假如類中有初始化語句，則系統(tǒng)依次執(zhí)行這些初始化語句

初始化發(fā)生的時(shí)機(jī)？

概括得說，類初始化是【懶惰的】，只有當(dāng)對類的主動(dòng)使用的時(shí)候才會導(dǎo)致類的初始化。

main 方法所在的類，總會被首先初始化
首次訪問這個(gè)類的靜態(tài)變量或靜態(tài)方法時(shí)
子類初始化，如果父類還沒初始化，會引發(fā)父類初始化
子類訪問父類的靜態(tài)變量，只會觸發(fā)父類的初始化
Class.forName new 會導(dǎo)致初始化

不會導(dǎo)致類初始化的情況？

訪問類的 static final 靜態(tài)常量（基本類型和字符串）不會觸發(fā)初始化。
類對象.class 不會觸發(fā)初始化
創(chuàng)建該類的數(shù)組不會觸發(fā)初始化
類加載器的 loadClass 方法
Class.forName 的參數(shù) 2 為 false 時(shí)

cinit方法如果執(zhí)行失敗了怎么辦，這個(gè)類還能用嗎？

在Java類加載的過程中，cinit 方法實(shí)際上指的是類的靜態(tài)初始化方法，也就是類的靜態(tài)代碼塊或者靜態(tài)變量的初始化代碼。如果類的靜態(tài)初始化方法執(zhí)行失敗，通常會導(dǎo)致類的初始化失敗，這意味著這個(gè)類不能被正常使用。會拋出異常，如 ExceptionInInitializerError
在Java中，類的靜態(tài)初始化方法只會執(zhí)行一次，無論類被加載多少次，靜態(tài)初始化方法只會在首次加載類的時(shí)候執(zhí)行。因此，cinit 方法不會多次執(zhí)行。一旦類的靜態(tài)初始化方法執(zhí)行過，后續(xù)對同一個(gè)類的加載都不會再次觸發(fā)靜態(tài)初始化方法的執(zhí)行。這種機(jī)制確保了類的靜態(tài)初始化只會在需要的時(shí)候執(zhí)行一次，避免了不必要的開銷和重復(fù)操作。

分配內(nèi)存

在類加載后，接下來虛擬機(jī)將為新?對象分配內(nèi)存。

分配在哪？

主要就是根據(jù)JVM的分配機(jī)制：對象優(yōu)先分配Eden

先TLAB分配
再通過CAS在Eden區(qū)分配
大對象直接分配到老年代

TLAB：線程本地分配緩沖區(qū)，為每?個(gè)線程預(yù)先在 Eden 區(qū)分配?塊?私有的緩存區(qū)域，JVM 在給線程中的對象分配內(nèi)存時(shí)，?先在 TLAB 分配，當(dāng)對象?于 TLAB 中的剩余內(nèi)存或 TLAB 的內(nèi)存已?盡時(shí)（或者未開啟TLAB），再采?上述的 CAS 進(jìn)?內(nèi)存分配。默認(rèn)情況TLAB僅占每個(gè)Eden區(qū)域的1%。它的主要目的是在多線程并發(fā)環(huán)境下需要進(jìn)行內(nèi)存分配的時(shí)候，減少線程之間對于內(nèi)存分配區(qū)域的競爭，加速內(nèi)存分配的速度。

為什么要CAS分配內(nèi)存？

多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的線程需要?jiǎng)?chuàng)建對象、申請分配內(nèi)存的時(shí)候，有可能在 Java 堆的同一個(gè)位置申請，這時(shí)就需要對擬分配的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行加鎖或者采用 CAS 等操作，保證這個(gè)區(qū)域只能分配給一個(gè)線程。

JVM對象分配內(nèi)存如何保證線程安全

在JVM中，為對象分配內(nèi)存的過程需要確保線程安全，因?yàn)樵诙嗑€程環(huán)境下，多個(gè)線程可能會同時(shí)嘗試創(chuàng)建對象。為了保證內(nèi)存分配的線程安全性，JVM采用了以下幾種機(jī)制和技術(shù)：

TLAB（Thread Local Allocation Buffer）：

當(dāng)一個(gè)線程需要分配對象時(shí)，首先會嘗試在TLAB中進(jìn)行分配。如果TLAB有足夠的空間，分配過程就是線程安全的，因?yàn)闆]有其他線程訪問這個(gè)內(nèi)存塊。

不足：當(dāng)TLAB空間不足時(shí)，線程需要請求一個(gè)新的TLAB或者直接從共享堆中分配，這個(gè)過程需要一定的同步機(jī)制。

CAS（Compare-And-Swap）機(jī)制：當(dāng)TLAB耗盡或在涉及到跨線程的堆內(nèi)存分配時(shí)，CAS有效避免了競爭條件。
分代收集：雖然不是直接用于線程安全，但分代收集（年輕代、老年代、永久代/元空間）使得內(nèi)存管理更高效，減少了直接競爭的機(jī)會。

結(jié)合：TLAB一般對年輕代的內(nèi)存分配進(jìn)行優(yōu)化，更加局部化的內(nèi)存管理有助于線程安全。
通過運(yùn)用這些機(jī)制，JVM能夠在多線程環(huán)境下高效而安全地進(jìn)行內(nèi)存分配，并最大限度地減少同步操作帶來的性能損耗。這樣設(shè)計(jì)不僅提升了性能，也保證了對象內(nèi)存分配的安全性和一致性。

說說對象分配規(guī)則

在Java中，對象分配規(guī)則是關(guān)于如何為新對象分配內(nèi)存的一套規(guī)則，以確保內(nèi)存的有效使用和對象的正確初始化。以下是關(guān)于對象分配的主要規(guī)則：

內(nèi)存分配：新對象通常在堆內(nèi)存中分配內(nèi)存空間。
對象頭：在為對象分配內(nèi)存空間后，Java虛擬機(jī)會為對象分配一個(gè)對象頭。對象頭包含了一些關(guān)于對象的元信息，如對象的哈希碼、鎖狀態(tài)、垃圾回收信息等。
零值初始化：在對象內(nèi)存分配后，所有的成員變量會被初始化為零值。具體的零值取決于變量的數(shù)據(jù)類型。例如，整數(shù)類型會初始化為0，布爾類型會初始化為false，對象引用會初始化為null。
構(gòu)造函數(shù)調(diào)用：一旦對象內(nèi)存分配和零值初始化完成，Java虛擬機(jī)會調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)。
對象引用：最后，new 關(guān)鍵字會返回對象的引用，將這個(gè)引用分配給一個(gè)變量，以便后續(xù)可以通過該變量訪問對象的屬性和方法。
垃圾回收管理：Java虛擬機(jī)會自動(dòng)管理對象的內(nèi)存。如果對象不再被引用，它會被標(biāo)記為垃圾，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)由垃圾回收器回收，釋放占用的內(nèi)存。

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這些規(guī)則確保了對象在創(chuàng)建時(shí)的正確初始化和內(nèi)存管理。對于程序員來說，最重要的是編寫好構(gòu)造函數(shù)以確保對象在創(chuàng)建后具有合適的初始狀態(tài)，并且不忘記在不再需要對象時(shí)將引用置為null，以便垃圾回收器能夠回收不再使用的對象。

何時(shí)進(jìn)行類卸載？

類的卸載條件很多，需要滿足以下三個(gè)條件，并且滿足了也不一定會被卸載:

該類所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，也就是堆中不存在該類的任何實(shí)例。
加載該類的 ClassLoader 已經(jīng)被回收。
該類對應(yīng)的 Class 對象沒有在任何地方被引用，也就無法在任何地方通過反射訪問該類方法。

可以通過 -Xnoclassgc 參數(shù)來控制是否對類進(jìn)行卸載。

Java虛擬機(jī)將結(jié)束生命周期的幾種情況？(什么情況會導(dǎo)致JVM退出)

正常程序終止：當(dāng)程序執(zhí)行完main方法，包括所有非守護(hù)線程都終止時(shí)，JVM將正常退出。
調(diào)用System.exit(int status)：顯式調(diào)用System.exit()方法，以指定的狀態(tài)碼終止當(dāng)前運(yùn)行的Java虛擬機(jī)。
未捕獲的異常或錯(cuò)誤：如果某個(gè)線程拋出的異常沒有被捕獲，并且此異常傳播到了主線程，JVM可能會終止。
Runtime.halt(int)或崩潰：

直接調(diào)用Runtime.halt()會立即停止Java進(jìn)程，類似于突然終止程序而不調(diào)用任何鉤子。

JVM的致命錯(cuò)誤（如內(nèi)存訪問違規(guī)）也可能導(dǎo)致崩潰并退出。