類加載過程

加載（Loading）

• 將類的字節(jié)碼文件（.class文件）加載到內(nèi)存，并生成對應(yīng)的Class對象（存儲(chǔ)在方法區(qū)）
• 查找字節(jié)碼：通過類的全限定名（如java.lang.String）定位字節(jié)碼文件
• 讀取字節(jié)碼：將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制流
• 生成Class對象：在方法區(qū)中創(chuàng)建類的Class對象（后續(xù)反射操作的基礎(chǔ)）Class<?> clazz = Class.forName("com.example.MyClass"); // 觸發(fā)加載階段

驗(yàn)證（Verification）

• 確保字節(jié)碼符合JVM規(guī)范，防止惡意代碼或錯(cuò)誤字節(jié)碼危害JVM安全
• 文件格式驗(yàn)證：檢查魔數(shù)（0xCAFEBABE）和版本號(hào)是否合法，驗(yàn)證常量池中的常量類型是否有效
• 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：檢查類是否有父類（除Object外）、是否繼承final類、字段/方法是否與父類沖突若一個(gè)類嘗試?yán)^承final類（如String），驗(yàn)證階段會(huì)拋出java.lang.VerifyError
• 字節(jié)碼驗(yàn)證：確保方法體的字節(jié)碼不會(huì)導(dǎo)致JVM崩潰（如操作數(shù)棧溢出、跳轉(zhuǎn)到不存在的指令）
• 符號(hào)引用驗(yàn)證：檢查符號(hào)引用（如類名、方法名）是否合法，確保解析階段能正確綁定

準(zhǔn)備（Preparation）

• 為類的靜態(tài)變量（類變量）分配內(nèi)存，并設(shè)置初始值（零值）

解析（Resolution）

• 將常量池中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用（內(nèi)存地址或偏移量）
• 符號(hào)引用：一組符號(hào)描述目標(biāo)（如java/lang/Object）
• 直接引用：指向目標(biāo)的指針、偏移量或句柄
• 類/接口解析：將類名符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的Class對象
• 字段解析：將字段名轉(zhuǎn)換為內(nèi)存中的偏移量
• 方法解析：將方法名轉(zhuǎn)換為方法入口地址
• 解析階段可能在初始化之后觸發(fā)（如動(dòng)態(tài)綁定）

初始化（Initialization）

• 執(zhí)行類的初始化代碼（<clinit>()方法），為靜態(tài)變量賦真實(shí)值，執(zhí)行靜態(tài)代碼塊
• 觸發(fā)條件創(chuàng)建類的實(shí)例（new）訪問類的靜態(tài)變量（非常量）或靜態(tài)方法反射調(diào)用（如Class.forName()）初始化子類時(shí)，父類需先初始化JVM啟動(dòng)時(shí)指定的主類（包含main()的類）
• 初始化順序：父類的<clinit>()先于子類執(zhí)行，靜態(tài)變量賦值和靜態(tài)代碼塊按代碼順序執(zhí)行
• 若多個(gè)線程同時(shí)初始化一個(gè)類，JVM會(huì)保證同步（僅一個(gè)線程執(zhí)行<clinit>()）

類加載總結(jié)

常見問題與解決方案

• 類加載失?。涸颍侯惵窂藉e(cuò)誤、字節(jié)碼損壞、版本不兼容解決：檢查-classpath配置，確認(rèn)類文件完整性
• 靜態(tài)代碼塊死鎖：原因：多線程初始化時(shí)，靜態(tài)代碼塊內(nèi)同步操作導(dǎo)致死鎖解決：避免在靜態(tài)代碼塊中使用復(fù)雜同步邏輯
• 類重復(fù)加載：原因：不同類加載器加載同一類解決：遵循雙親委派模型，避免自定義類加載器破壞機(jī)制

類加載器

類加載器的核心作用

• 加載字節(jié)碼：從文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、JAR包等來源讀取字節(jié)碼
• 類隔離：通過不同類加載器實(shí)現(xiàn)類的命名空間隔離（如Tomcat中的Web應(yīng)用）
• 動(dòng)態(tài)加載：支持運(yùn)行時(shí)加載類（如插件化、熱部署）
• 安全性控制：防止惡意代碼替換核心類（如java.lang.String）

啟動(dòng)類加載（Bootstrap ClassLoader）

• 職責(zé)：加載JVM核心類庫（jre/lib目錄下的rt.jar、resources.jar等）Java 9+ 加載java.base(java.lang/java.util/java.io)、java.datatransfer、java.instrument
• 實(shí)現(xiàn)：由C/C++編寫，是JVM的一部分，無Java類實(shí)例
• 訪問限制：無法在Java代碼中直接引用（getClassLoader()返回null）

擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）/平臺(tái)類加載器（Platform ClassLoader, Java 9+）

• 職責(zé)：加載擴(kuò)展類庫（jre/lib/ext目錄下的JAR包）Java 9+ 加載java.sql、java.xml、java.logging、java.management
• 實(shí)現(xiàn)：Java類sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
• 父加載器：啟動(dòng)類加載器

應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader）

• 職責(zé)：加載用戶類路徑（-classpath或CLASSPATH環(huán)境變量）下的類
• 實(shí)現(xiàn)：Java類sun.misc.Launcher$AppClassLoader
• 父加載器：擴(kuò)展類加載器
• 默認(rèn)類加載器：ClassLoader.getSystemClassLoader()返回此加載器

雙親委派模型（Parent Delegation Model）

• 委派父加載器：優(yōu)先讓父加載器嘗試加載
• 父加載器失敗：若父加載器無法加載，自己嘗試加載。
• 最終失?。喝羲屑虞d器無法加載，拋出ClassNotFoundException
• 雙親委派的優(yōu)勢避免類重復(fù)加載：父加載器加載的類，子加載器不會(huì)重復(fù)加載保護(hù)核心類庫：防止用戶自定義類覆蓋核心類（如自定義java.lang.Object

自定義類加載器

• 繼承ClassLoader：重寫findClass()方法
• 加載字節(jié)碼：從自定義路徑（如網(wǎng)絡(luò)、加密文件）讀取字節(jié)碼
• 定義類：調(diào)用defineClass()生成Class對象
• 使用場景熱替換：動(dòng)態(tài)加載修改后的類（如調(diào)試環(huán)境）加密類加載：加載加密的字節(jié)碼文件模塊隔離：不同模塊使用獨(dú)立類加載器（如Tomcat的Web應(yīng)用）

Tomcat的類加載器

• 層級(jí)結(jié)構(gòu)：Common ClassLoader：加載Tomcat和Web應(yīng)用共享的類WebApp ClassLoader：每個(gè)Web應(yīng)用獨(dú)立，加載WEB-INF/classes和WEB-INF/libJSP ClassLoader：動(dòng)態(tài)加載JSP編譯后的類，支持熱替換
• 隔離機(jī)制：不同Web應(yīng)用的類加載器相互隔離，避免類沖突

Spring的動(dòng)態(tài)代理

• 場景：為接口生成代理類。
• 類加載器：使用AppClassLoader加載代理類，或通過Thread.currentThread().getContextClassLoader()獲取

OSGi模塊化

• 機(jī)制：每個(gè)Bundle（模塊）有自己的類加載器，按需動(dòng)態(tài)加載依賴
• 優(yōu)勢：支持模塊熱插拔和版本共存

打破雙親委派

線程上下文類加載器（Thread Context ClassLoader）

• 背景：在SPI機(jī)制中，核心接口由啟動(dòng)類加載器加載，但實(shí)現(xiàn)類需由應(yīng)用類加載器加載
• 通過Thread.currentThread().setContextClassLoader()設(shè)置線程上下文類加載器
• 在SPI代碼中，使用Thread.currentThread().getContextClassLoader()加載實(shí)現(xiàn)類

自定義類加載器

• 背景：需要?jiǎng)討B(tài)加載類或?qū)崿F(xiàn)模塊化隔離
• 繼承ClassLoader，重寫loadClass()或findClass()方法，直接加載類而不委派父加載器

OSGi模塊化

• 背景：每個(gè)模塊（Bundle）需要獨(dú)立的類加載器，支持模塊熱插拔和版本共存
• 每個(gè)Bundle有自己的類加載器，按需加載依賴模塊
• 通過Import-Package和Export-Package聲明模塊間的依賴關(guān)系

打破雙親委派的應(yīng)用場景

• SPI機(jī)制：JDBC、JNDI、JAXP等服務(wù)的實(shí)現(xiàn)類需由應(yīng)用類加載器加載，使用線程上下文類加載器加載實(shí)現(xiàn)類
• 熱部署：在開發(fā)或調(diào)試環(huán)境中，動(dòng)態(tài)替換已加載的類，自定義類加載器直接加載新版本的類，舊版本類由GC回收
• OSGI模塊化與插件化：不同模塊或插件需要獨(dú)立的類加載器，避免類沖突，每個(gè)模塊或插件使用獨(dú)立的類加載器