在Java中类加载机制是如何工作的

Java类加载机制包括加载、链接和初始化三个阶段，由类加载器按双亲委派模型将字节码加载进内存并转换为运行时数据结构，确保类的安全性与唯一性。

Java的类加载机制是Java虚拟机（JVM）将类的字节码文件加载到内存中，并对其进行验证、准备、解析和初始化的过程。整个过程确保了类在运行时被正确地加载和使用，同时支持Java的动态扩展特性。

类加载的三个阶段

类加载机制主要分为三个核心阶段：加载、链接和初始化。

在这个阶段，JVM完成以下三件事：

• 通过类的全限定名获取其二进制字节流（比如从.class文件、jar包、网络等来源）
• 将字节流代表的静态存储结构转化为方法区中的运行时数据结构
• 在内存中创建一个java.lang.Class对象，作为该类在方法区中的访问入口

加载工作由类加载器（ClassLoader）完成，不同的类加载器负责不同路径下的类。

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链接阶段又分为三个步骤：验证、准备和解析。

• 验证：确保加载的类字节码符合JVM规范，防止恶意代码破坏虚拟机安全。例如检查魔数、版本号、元数据、字节码逻辑等。
• 准备：为类的静态变量分配内存并设置默认初始值（不是赋代码中的值）。例如：static int a = 5;，此时a被设为0，而不是5。
• 解析：将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。比如把方法名+描述符转换成内存地址指针。

这是类加载的最后一步，真正执行类中定义的Java代码。主要是执行静态初始化块和静态变量的赋值操作（按代码顺序执行）。

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• 调用<clinit>()方法，由编译器自动收集所有静态变量赋值语句和静态代码块合并生成
• 只会执行一次，且是线程安全的
• 只有当类被“主动使用”时才会触发初始化，比如创建实例、访问静态字段、反射调用等

类加载器的层次结构

Java使用分层的类加载器来加载类，主要有以下几类：

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：由C++实现，负责加载JVM核心类库（如java.lang.*），位于rt.jar中
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：加载jre/lib/ext目录下的类或java.ext.dirs系统变量指定的路径中的类
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：也叫系统类加载器，加载用户类路径（Classpath）上指定的类
• 自定义类加载器：开发者可继承ClassLoader实现自己的加载逻辑

双亲委派模型

类加载器之间采用双亲委派机制来保证类的唯一性和安全性。

• 当一个类加载器收到加载请求时，不会自己先去加载，而是交给父类加载器去尝试
• 只有当父类加载器无法完成加载（返回null）时，子加载器才会自己尝试加载
• 这种机制避免了核心类被用户自定义类替换，比如你不能自己写一个java.lang.String来冒充系统类

虽然可以通过重写loadClass()方法打破双亲委派，但通常不建议这样做，除非有特殊需求（如热部署、模块化框架）。

类的卸载

类也可以被卸载，但条件非常严格：

• 该类所有的实例都已被回收
• 加载该类的ClassLoader已被回收
• 该类的Class对象没有在任何地方被引用

只有满足上述条件，且在Full GC时，类才可能被卸载。这在Web应用重启或OSGi等模块化系统中较为常见。

基本上就这些。理解类加载机制有助于排查NoClassDefFoundError、ClassNotFoundException等问题，也能帮助我们更好地设计插件系统或实现热更新功能。

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