深入理解Java 类加载全过程

关于“深入理解Java类加载全过程”，下面是一份完整攻略，由以下几个部分构成：

背景

Java是一门面向对象的语言，其执行方式和传统的编译型语言有所不同。Java的执行分为编译阶段和运行阶段，其中涉及到Java类的加载、验证、准备、解析、初始化等环节。

类加载全过程

Java类的加载过程分为以下几步：

1. 加载

类加载器首先从CLASSPATH中找到指定类文件，读取类文件中的二进制数据，并将其存储在方法区（JDK1.8之前的永久代，JDK1.8之后是元空间）中，以便在JVM后续的执行过程中调用。

2. 验证

虚拟机需要进行类文件的验证以确保其符合Java虚拟机规范要求，主要包括以下验证内容：

• 文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范。
• 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其符合Java语言规范。
• 字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是否合法、符合逻辑。
• 符号引用验证：确保应用程序中的符号引用能够正确解析为引用的目标类或成员。

3. 准备

准备阶段是为类的静态变量分配内存并设置默认初始值，非静态变量不包括在准备阶段中，因为非静态变量是在对象实例化时才会进行初始化。

4. 解析

解析阶段将符号引用替换为直接引用的过程，也就是得到加载类所需的信息，例如在常量池中查找类、方法的直接引用等。

5. 初始化

类初始化阶段即执行类的构造器()方法的过程，()方法是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态语句块中的语句合并产生的。

示例说明

下面以两个示例说明Java类加载的全过程。

示例1

代码：

public class TestClassLoad {
    public static void main(String[] args) {
        Son s = new Son();
        System.out.println(s.age);
    }
}
class Grandpa {
    public Grandpa() {
        System.out.println("Grandpa()");
    }
}
class Father extends Grandpa {
    public Father() {
        System.out.println("Father()");
    }
}
class Son extends Father {
    public int age = 10;
    public Son() {
        System.out.println("Son()");
    }
}

输出结果：

Grandpa()
Father()
Son()
10

分析：

在程序开始执行时，先有类加载器加载了TestClassLoad类，当前正是处于初始化过程中，因此先会执行Grandpa类中的构造方法，打印出"Grandpa()"。接下来，Father类继承了Grandpa类，并调用了Grandpa的构造方法，紧接着执行自己的构造方法，打印出"Father()"。Son类同样继承了Father类，并分别调用了Grandpa和Father的构造方法，然后执行自己的构造方法，打印出"Son()"。最后，打印出Son的年龄为10。

示例2

代码：

public class TestClassLoad2 {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = TestClassLoad2.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        ClassLoader parentClassLoader = classLoader.getParent();
        System.out.println(parentClassLoader);
        ClassLoader grandClassLoader = parentClassLoader.getParent();
        System.out.println(grandClassLoader);
    }
}

输出结果：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@3572469c
null

分析：

在示例2中，我们通过TestClassLoad2.class.getClassLoader()获取该类的类加载器对象，然后通过调用getParent()方法获取其父类加载器对象，最后我们再次调用getParent()方法获取其祖父类加载器对象。运行结果中打印出了该类加载器对象、其父类加载器对象和其祖父类加载器对象，分别是AppClassLoader、ExtClassLoader和null。因为Java虚拟机中的类加载器分为三层：启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器，而应用程序类加载器又叫作系统类加载器。

结论

通过上述的例子，我们可以看出Java类的加载过程并不是一蹴而就的，而是包括了加载、验证、准备、解析、初始化等环节，在这个过程中，Java虚拟机必须完成从加载到初始化的整个过程，才能为后续的执行提供支持。因此，我们需要充分理解Java类的加载过程，并在实际开发中根据实际情况进行优化和调整，从而保证程序的正常运行。