java虚拟机JVM类加载机制原理(面试必问)

Java虚拟机(JVM)类加载机制原理详解

Java虚拟机(JVM)类加载机制是Java语言特性的重要组成部分，它将Java类文件加载到内存中并最终转化为在Java虚拟机中可执行的机器指令。本文将介绍Java虚拟机(JVM)类加载机制的原理和流程，并给出两个示例。

类加载机制的步骤

Java虚拟机(JVM)类加载机制的步骤分为加载、验证、准备、解析和初始化五步，下面分别讲解。

1. 加载

加载阶段是类加载机制的第一步，是类加载的过程中最重要的一步。在这个阶段，Java虚拟机会通过指定的class文件路径找到并读取该类文件，并生成一个对应的Class对象。在这个过程中，虚拟机并不会检查Class文件的内容是否正确，也不会解析其中的符号引用，这些工作都会在接下来的步骤中完成。简单的说，类加载的目的就在于读取Java虚拟机能够理解的二进制字节流，并将其转换为内存中的Class对象。

2. 验证

在加载完成后，Java虚拟机会对Class文件进行各项校验，包括格式校验、语义校验、字节码校验等，并确认该类文件的正确性，如果校验通过就可以继续进行下一步操作，否则将会抛出LinkageError错误。

3. 准备

在准备阶段，Java虚拟机将为类变量分配内存，并设置默认值，例如int类型默认值为0，Object类型默认值为null等。

4. 解析

在解析阶段，Java虚拟机将会将符号引用转换为直接引用，也就是将代码中的类名、方法名、字段名等转换为直接引用（在运行期间直接使用的内存地址）。如果在解析阶段出现了问题，虚拟机会抛出NoClassDefFoundError或者IllegalAccessError错误。

5. 初始化

在初始化阶段，Java虚拟机开始执行类构造器()方法，该方法由编译器自动收集类中的所有类变量赋值动作和静态代码块中的语句合并而成。JVM保证类构造器在多线程的情况下，正确地同步，如果类没有类构造器，这个阶段将会被忽略。

示例一

下面是一个简单的Java代码示例：

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

通过javap -c命令我们可以得到该类的字节码。具体命令如下：

javap -c HelloWorld.class

通过该命令我们可以查看该类对应的字节码，来更好地理解类加载机制。

示例二

我们创建一个Test1类，该类中包含了一个Test2类的静态变量s，由于Test2类还没有被定义过，因此在静态变量s被初始化的过程中，会调用Class.forName()方法进行类的加载：

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        System.out.println("Test1");
        String s = Test2.s;
    }
}

而Test2类的定义如下，其中包含了一个静态字符串变量s：

public class Test2 {
    public static String s = new String("Test2");
    static {
        System.out.println("Test2");
    }
}

执行Test1类的main方法后，可以看到以下输出：

Test1 
Test2 

这个例子中我们可以看到，Test2类在被加载的时候，其静态代码块会被执行，这证明了类加载机制中初始化阶段的作用。

结论

JVM的类加载机制是Java程序运行的基础，熟练了解和掌握此原理可以让我们更加深入理解Java语言特性。