Java 类的加载流程

一、类的加载

指的是将类的.class 文件中的二进制

数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创

建一个 java.lang.Class 对象，用来封装类在方法区内的数据结构。

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：

加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。

二、加载步骤

1、加载

”加载“是”类加机制”的第一个过程，在加载阶段，虚拟机主要完成三件事：

（1）通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流

（2）将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构

（3）在堆中生成一个代表这个类的 Class 对象，作为方法区中这些数据的访问

入口。

相对于类加载的其他阶段而言，加载阶段是可控性最强的阶段，因为程序员可以

使用系统的类加载器加载，还可以使用自己的类加载器加载。我们在最后一部分

会详细介绍这个类加载器。在这里我们只需要知道类加载器的作用就是上面虚拟

机需要完成的三件事，仅此而已就好了。

2、验证

验证的主要作用就是确保被加载的类的正确性。也是连接阶段的第一步。说白了

也就是我们加载好的.class 文件不能对我们的虚拟机有危害，所以先检测验证一

下。他主要是完成四个阶段的验证：

（1）文件格式的验证：验证.class 文件字节流是否符合 class 文件的格式的规

范，并且能够被当前版本的虚拟机处理。这里面主要对魔数、主版本号、常量池

等等的校验（魔数、主版本号都是.class 文件里面包含的数据信息、在这里可以

不用理解）。腾讯课堂 Android 高级架构系列免费直播公开课

https://ke.qq.com/course/341933?flowToken=1017873&taid=5402300059563949&tuin=7e87248a

更多录播视频+架构学习资料免费领取 QQ 2677509374

（2）元数据验证：主要是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的

信息符合 java 语言规范的要求，比如说验证这个类是不是有父类，类中的字段

方法是不是和父类冲突等等。

（3）字节码验证：这是整个验证过程最复杂的阶段，主要是通过数据流和控制

流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在元数据验证阶段对数据类型做

出验证后，这个阶段主要对类的方法做出分析，保证类的方法在运行时不会做出

威海虚拟机安全的事。

（4）符号引用验证：它是验证的最后一个阶段，发生在虚拟机将符号引用转化

为直接引用的时候。主要是对类自身以外的信息进行校验。目的是确保解析动作

能够完成。

对整个类加载机制而言，验证阶段是一个很重要但是非必需的阶段，如果我们的

代码能够确保没有问题，那么我们就没有必要去验证，毕竟验证需要花费一定的

的时间。当然我们可以使用-Xverfity:none 来关闭大部分的验证。

3、准备

准备阶段主要为类变量分配内存并设置初始值。这些内存都在方法区分配。

在这个阶段我们只需要注意两点就好了，也就是类变量和初始值两个关键词：

（1）类变量（static）会分配内存，但是实例变量不会，实例变量主要随着对象

的实例化一块分配到 java 堆中，

（2）这里的初始值指的是数据类型默认值，而不是代码中被显示赋予的值。比

如

public static int value = 1; //在这里准备阶段过后的 value 值为 0，而不是 1。赋

值为 1 的动作在初始化阶段。

当然还有其他的默认值

4、解析

解析阶段主要是虚拟机将常量池中的符号引用转化为直接引用的过程。什么是符

号应用和直接引用呢？

符号引用：以一组符号来描述所引用的目标，可以是任何形式的字面量，

只要是能无歧义的定位到目标就好，就好比在班级中，老师可以用张三

来代表你，也可以用你的学号来代表你，但无论任何方式这些都只是一

个代号（符号），这个代号指向你（符号引用）

直接引用：直接引用是 可以指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能直接或间接定位到目标

的句柄。和虚拟机实现的内存有关，不同的虚拟机直接引用一般不同。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和

调用点限定符 7 类符号引用进行。

5、初始化

这是类加载机制的最后一步，在这个阶段，java 程序代码才开始真正执行。我们

知道，在准备阶段已经为类变量赋过一次值。在初始化阶端，程序员可以根据自

己的需求来赋值了。一句话描述这个阶段就是执行类构造器< clinit >()方法的过

程。

在初始化阶段，主要为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM 负责对类进行初

始化，主要对类变量进行初始化。在 Java 中对类变量进行初始值设定有两种方

式：

①声明类变量是指定初始值

②使用静态代码块为类变量指定初始值

JVM 初始化步骤

1、假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类

2、假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类

3、假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

类初始化时机：只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化，类的主动使

用包括以下六种：

创建类的实例，也就是 new 的方式访问某个类或接口的静态变量，或

者 对 该 静 态 变 量 赋 值 调 用 类 的 静 态 方 法 反 射 （ 如

Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）初始化某个类的子类，则其

父 类 也 会 被 初 始 化 Java 虚 拟 机 启 动 时 被 标 明 为 启 动 类 的 类

（ JavaTest），直接使用 java.exe 命令来运行某个主类好了，到目前

为止就是类加载机制的整个过程，但是还有一个重要的概念，那就是类加载器。

三、Java 语言系统自带有三个类加载器:

Bootstrap ClassLoader ：最顶层的加载类，主要加载核心类库，也就

是我们环境变量下面%JRE_HOME%\lib 下的 rt.jar、resources.jar、

charsets.jar 和 class 等。另外需要注意的是可以通过启动 jvm 时指定

-Xbootclasspath 和路径来改变 Bootstrap ClassLoader 的加载目录。比

如 java -Xbootclasspath/a:path 被指定的文件追加到默认的 bootstrap

路径中。我们可以打开我的电脑，在上面的目录下查看，看看这些 jar

包是不是存在于这个目录。

Extention ClassLoader ：扩展的类加载器，

加载目录%JRE_HOME%\lib\ext 目录下的 jar 包和 class 文件。还可以

加载-D java.ext.dirs 选项指定的目录。Appclass Loader：也称为

SystemAppClass。 加载当前应用的 classpath 的所有类。我们看到 java

为我们提供了三个类加载器，应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载

的，如果有必要，我们还可以加入自定义的类加载器。这三种类加载器的加载顺

序是什么呢？

Bootstrap ClassLoader > Extention ClassLoader > Appclass

Loader（应用程序类加载器）

四、类加载的三种方式。

（1）通过命令行启动应用时由 JVM 初始化加载含有 main()方法的主类。

（2）通过 Class.forName()方法动态加载，会默认执行初始化块（static{}），但

是 Class.forName(name,initialize,loader)中的 initialze 可指定是否要执行初始化

块。

（3）通过 ClassLoader.loadClass()方法动态加载，不会执行初始化块。