详解Java 类的加载机制

Java是一种面向对象的编程语言，其面向对象的本质体现在Java类的使用上。在Java中，类是一种由Java源码编写的框架，其封装了需要处理的数据以及需要执行的方法，是Java程序的基本模块。Java类的加载是指将类名转换成Java虚拟机中的一个对象的过程，它是Java中关键的组成部分之一。本篇文章将进行详细讲解Java类的加载机制，包含以下几个方面的内容：

1. Java类的三种加载方式
2. Java类加载器
3. Java类的连接过程
4. Java类的初始化过程
5. 两个示例说明

1. Java类的三种加载方式

Java类的加载有以下三种方式：

1.1 编译时加载

编译时加载指的是在Java源码编译成Java字节码时已经确定了需要加载的类，并在编译时随同应用程序的其它部分一起打包成为Java程序的.class文件，直接加载到JVM中使用。

1.2 运行时加载

在程序运行时，JVM会根据需要动态加载指定的类。运行时加载主要由Java类加载器来完成，Java类加载器会根据类的名字搜索类的字节码文件，然后加载到JVM中使用。

1.3 动态加载

动态加载是指在运行期间根据需要动态加载类的机制。Java中的动态加载可以通过反射机制实现。在Java中，通过反射机制可以获取类的完整名称和类的字节码，然后通过调用Class对象的forName()方法动态加载指定的类。

2. Java类加载器

Java类加载器是JVM的重要组成部分，它负责将字节码文件加载到JVM中。在Java中，JVM会根据不同的类加载器来加载类，每个类加载器都有自己的作用域和加载机制。

Java类加载器分为三种类型：

1. 引导类加载器：它是JVM内置的类加载器，它主要坐在的Java核心类库（rt.jar）的加载工作。引导类加载器是无法被Java程序直接引用的。
2. 扩展类加载器：它负责加载JVM的扩展类库（jre/lib/ext目录下的jar文件）。扩展类加载器是由Java类库扩展机制定义的。
3. 应用程序类加载器：它负责加载应用程序的类，将类加载到JVM中使用。

3. Java类的连接过程

Java类的连接过程指的是将Java中的符号引用转换为直接引用的过程，Java类的连接过程主要包含以下三个阶段：

1. 验证阶段：确保被加载的类的正确性，同时也会验证类的字节码是否符合JVM标准。
2. 准备阶段：为类的静态变量分配内存并初始化默认值，这个过程不会执行类的构造方法。
3. 解析阶段：将Java类中的符号引用转换为直接引用，即将变量和方法的引用转换为直接指向内存地址的指针。

4. Java类的初始化过程

Java类的初始化过程指的是在加载Java类到JVM中使用时，对Java类进行必要的初始化。具体过程如下：

1. 确保该类被加载。如果该类还没有被加载，则调用该类的类加载器进行类的加载。
2. 执行该类的静态变量的初始化工作，包括变量的初始化和赋值操作。
3. 执行该类的静态代码块，即按照静态块的书写顺序执行代码。

5. 示例说明

以下两个示例分别说明了静态变量的初始化和静态代码块的执行。

5.1 静态变量的初始化

public class MyClass {

    private static int number = 0;

    public MyClass() {
        number++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        MyClass my1 = new MyClass();
        MyClass my2 = new MyClass();
        MyClass my3 = new MyClass();

        System.out.println(number); 
    }
}

在这个示例中，由于number是静态变量，它在类加载时就已经被初始化并赋值为0。在调用MyClass的构造方法创建my1、my2、my3对象时，number变量分别自增为1、2、3。最终输出的number为3。

5.2 静态代码块的执行

public class MyClass2 {

    private static int number = 0;

    static {
        number++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println(number); 
    }
}

在这个示例中，由于静态代码块在类加载时就会被执行，因此在调用MyClass2的main方法时，静态代码块已经被执行，number变量的值为1。最终输出的number为1。

以上两个示例分别说明了静态变量的初始化和静态代码块的执行过程。在Java类的加载机制中，静态变量和静态代码块是Java类初始化过程中不可缺少的一部分。