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java类加载的过程

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发布时间:2025-12-05 12:02:02

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来源于php中文网

原创

类加载过程包括加载、验证、准备、解析、初始化五步:首先由类加载器读取字节码生成Class对象(加载),随后校验字节码合法性(验证),接着为静态变量分配内存并设默认值(准备),再将符号引用转为直接引用(解析),最后执行静态代码块和赋值语句完成初始化(初始化),其中初始化仅在特定条件下触发,且遵循双亲委派模型。

java类加载的过程

Java 类加载过程是指 JVM 将类的字节码文件(.class)从磁盘或网络读入内存,并完成验证、准备、解析、初始化等一系列动作,最终形成可执行的 java.lang.Class 对象的过程。整个过程由类加载器(ClassLoader)协作完成,遵循“双亲委派模型”,核心阶段共五步:加载、验证、准备、解析、初始化(《Java虚拟机规范》定义),其中“使用”和“卸载”不属于加载子过程。

1. 加载(Loading)

这是类加载的第一步,目标是把类的二进制字节流(如 class 文件、jar 包内资源、动态生成字节码等)读入内存,生成一个对应的 Class 对象(尚未初始化)。关键点:

  • 不关心字节码来源:可以是本地文件系统、JAR/ZIP、网络(如 Applet)、运行时动态生成(如 ASM、CGLIB)、甚至数据库中存储的字节码
  • 加载后,类还处于“未连接”状态:不能被程序直接使用,也未分配静态变量内存,更未执行静态代码块
  • 加载阶段可能触发其他类的加载(比如当前类引用了另一个未加载的类),但不一定会初始化它(初始化有明确触发时机)

2. 验证(Verification)

确保加载进来的字节码符合 JVM 规范,不会危害虚拟机安全。这是最复杂也最耗时的校验阶段,包括四个子阶段:

  • 文件格式验证:检查魔数、主次版本号、常量池格式等是否合法(比如是否以 CAFEBABE 开头)
  • 元数据验证:检查类是否有父类、是否继承了 final 类、是否实现了抽象方法等语义正确性
  • 字节码验证:对方法体进行数据流分析,确保操作数不会溢出、类型匹配、跳转指令不会跳到方法外等
  • 符号引用验证:在解析阶段前做初步检查(如类、字段、方法是否存在且可访问)

验证失败会抛出 VerifyError 或其子类(如 IncompatibleClassChangeError)。

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3. 准备(Preparation)

为类的静态变量(static 字段)分配内存,并设置默认初始值(不是代码里写的值!)。注意:

  • 仅针对 static 变量(包括 static final 的基本类型和字符串字面量——它们属于“编译期常量”,会被直接赋值;其余 static final 对象仍走默认值)
  • 例如:private static int a = 123; → 此时 a 被设为 0;而 private static final int b = 456;(字面量)→ 此时 b 就是 456
  • 此时不会执行任何 Java 代码(如 static 块、构造器、赋值表达式)

4. 解析(Resolution)

将常量池内的符号引用(Symbolic References)替换为直接引用(Direct References)。符号引用是文本描述(如类全名、字段名+描述符、方法名+描述符),直接引用是能直接定位到目标的指针、偏移量或句柄。

  • 解析动作可能在初始化前、后,甚至运行时才发生(“懒解析”),但虚拟机规范允许在加载、准备、初始化任一阶段执行
  • 主要解析四类符号引用:类或接口、字段、类方法、接口方法
  • 典型异常:NoClassDefFoundError(运行时找不到类)、NoSuchFieldErrorNoSuchMethodError

5. 初始化(Initialization)

真正执行类中定义的 Java 程序代码,即执行 方法(类构造器,由编译器自动收集所有 static 变量赋值语句和 static 代码块生成)。

  • 这是类加载过程的最后一步,也是唯一允许用户代码介入的阶段
  • 有且仅有以下 6 种情况会主动触发初始化(其他情况只加载不初始化):
    • 遇到 newgetstaticputstaticinvokestatic 字节码指令(对应 new 实例、读写静态字段、调用静态方法)
    • 使用反射(如 Class.forName("xxx"),注意 Class.forName(name, false, loader) 可跳过初始化)
    • 初始化子类时,若父类未初始化,则先初始化父类
    • 虚拟机启动时,用户指定的主类(含 main 方法的类)被初始化
    • 使用 JDK 1.7+ 的动态语言支持(如 MethodHandle)且该句柄对应的方法句柄解析结果为 REF_getStatic 等
    • 接口定义了 default 方法,且该接口的实现类初始化时,该接口也会被初始化(仅限首次)
  • 是线程安全的:JVM 保证同一时间只有一个线程执行它,其他线程阻塞等待

基本上就这些。类加载不是黑盒,理解每步做什么、何时发生、什么会触发,对排查 NoClassDefFoundErrorClassNotFoundException、静态初始化死锁、双亲委派破坏等问题非常关键。

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