JVM 类加载子系统在干什么？

JVM 类加载子系统是什么？

类加载子系统（Class Loader Subsystem）是 JVM 负责 加载、链接和初始化 .class 文件的组件。它的主要作用是将字节码文件加载进 JVM 并准备执行。

类加载器（ClassLoader）是 字节码的搬运工，负责 找到、加载、解析和初始化字节码，最终让 JVM 执行它。

类加载子系统 = 类加载器 + 其他步骤

类加载子系统主要包括三个阶段：

1. 加载（Loading） → 由类加载器完成，找到 .class 文件并加载到方法区。
2. 链接（Linking） → 验证（检查字节码）、准备（分配静态变量）、解析（符号引用替换）。
3. 初始化（Initialization） → 执行 static 代码块和静态变量赋值。

1. 为什么需要类加载子系统？

当你写一个 Java 类，比如：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello JVM!");
    }
}

编译后会生成一个 Demo.class 文件，这个文件并不能直接运行，而是需要 JVM 加载 进内存，解析并执行，这就是 类加载子系统的作用。

2. 类加载子系统的主要任务

类加载子系统的作用主要包括：

1. 加载（Loading）：将 .class 文件从磁盘/网络/其他来源加载进 JVM。
2. 链接（Linking）：
   • 验证（Verification）：检查 class 字节码是否合法（避免恶意代码）。
   • 准备（Preparation）：为静态变量分配内存，赋默认值。
   • 解析（Resolution）：将符号引用替换为直接引用（将 String.class 转换为内存地址）。
3. 初始化（Initialization）：执行类的 static 代码块和 static 变量初始化代码。

3. 类加载过程（深入细节）

(1) 加载（Loading）

JVM 通过 类加载器（ClassLoader） 将 .class 文件加载到内存，类信息存放在 方法区。
来源：

• 磁盘（如 C:\classes\Demo.class）
• 网络（如 http://example.com/Demo.class）
• 运行时生成（如动态代理 Proxy）

示例：

Class<?> clazz = Class.forName("com.example.Demo");

这个调用会触发 Demo.class 加载。

(2) 连接（Linking）

加载完成后，JVM 需要确保类的正确性，并为其分配必要的内存。

✅ (a) 验证（Verification）
检查 .class 文件是否符合 JVM 规范，防止字节码攻击。

✅ (b) 准备（Preparation）
给 静态变量 分配内存并初始化默认值（不执行赋值语句）。

public class Test {
    static int a = 10;
}

• 准备阶段：a = 0 （默认值）
• 初始化阶段：a = 10（执行赋值）

✅ (c) 解析（Resolution）
将 符号引用（java/lang/String）转换成 直接引用（指向方法区 String.class 的地址）。

(3) 初始化（Initialization）

真正执行 static 代码块 和 static 变量赋值。

public class Test {
    static int a = 10;
    static {
        System.out.println("Class initialized");
    }
}

• 赋值 a = 10
• 执行 static 代码块，打印 "Class initialized"

⚠ 类初始化的时机 只有第一次使用该类（创建对象、访问静态变量等）时，才会初始化：

Test t = new Test(); // 触发初始化

4. 类加载器（ClassLoader）

JVM 提供不同层次的类加载器：

1. Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）
   • 加载核心类库（rt.jar）
   • 例：java.lang.String
2. Extension ClassLoader（扩展类加载器）
   • 加载 lib/ext 目录下的类
   • 例：javax.crypto.Cipher
3. Application ClassLoader（应用类加载器）
   • 加载 classpath 下的应用代码
   • 例：com.example.Demo
4. 自定义 ClassLoader
   • 通过 URLClassLoader 或 defineClass 自定义类加载逻辑。

示例：

ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader); // AppClassLoader

5. 结论

• 类加载子系统 负责 将 .class 文件加载到 JVM，并执行必要的初始化操作。
• 类加载有 加载（Loading）、链接（Linking）和初始化（Initialization） 三个阶段。
• 类加载器 负责查找并加载 .class 文件，JVM 默认有 启动类加载器、扩展类加载器、应用类加载器，也可以自定义类加载器。

⚡ 总结一句话：

类加载子系统是 JVM 的入口，负责加载、校验和初始化类，使其能够被 JVM 运行。