JVM（二）——类的加载机制

You,my exception

853人浏览 · 2026-01-09 09:47:48

You,my exception · 2026-01-09 09:47:48 发布

一、类加载的过程

1.1类加载器

![[Pasted image 20251229163424.png]]

1.2类加载过程

![[Pasted image 20251229163542.png]]

加载：

通过类的全限定名（包名+类名），获取到该类的.class文件的二进制字节流，将二进制字节流所代表的静态存储结构，转化为方法区运行时的数据结构，在内存中生成一个代表该类的Java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

连接：验证、准备、解析3个阶段统称为连接。

验证：确保class文件中的字节流包含的信息，符合当前虚拟机的要求，保证这个被加载的class类的正确性，不会危害到虚拟机的安全。验证阶段大致会完成以下四个阶段的检验动作：文件格式校验、元数据验证、字节码验证、符号引用验证
准备：为类中的静态字段分配内存，并设置默认的初始值（0/null/false)，比如int类型初始值是0。被final修饰的static字段不会设置，因为final在编译的时候就分配了
解析：解析阶段是虚拟机将常量池的「符号引用」直接替换为「直接引用」的过程。符号引用是以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用的时候可以无歧义地定位到目标即可。直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄，直接引用是和虚拟机实现的内存布局相关的。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经存在在内存中了。

初始化：

初始化是整个类加载过程的最后一个阶段，初始化阶段简单来说就是执行类的构造器方法，这一步真正去执行类初始化的代码逻辑，包括静态字段赋值的动作，以及执行类定义中的静态初始化块内的逻辑

使用：使用类或者创建对象

卸载：

一个类要被JVM卸载，条件非常苛刻，需要同时满足以下三点：

该类所有的实例都已经被回收：这是最显而易见的前提。如果堆中还存在这个类的任何个实例对象，那么定义这个对象的Class对象肯定不能被卸载。
加载该类的ClassLoader已经被回收：这是最关键也是最难满足的条件。类与加载器是双向绑定的共生关系。一个类由哪个类加载器加载，这个信息是存储在Class对象里的。要卸载一个类，必须先卸载加载它的类加载器。
类对应的Java.lang.Class对象没有任何地方被引用：不能在任何地方通过反射（如静态字段、全局变量）、静态变量、JNI等途径引用到这个Class对象。一旦这个Class对象还存在强引用，GC就不会回收它，那么这个类也就不会被卸载。

1.3双亲委派模型

当某个类加载器（比如自定义加载器）收到加载类的请求时，它不会先自己动手，而是把请求“委派”给父加载器；父加载器同样会继续委派给它的父加载器，直到传到最顶层的启动类加载器。如果父加载器能找到并加载这个类，就直接返回；如果所有父加载器都加载不了（比如不在它们的加载范围内），子加载器才会自己去尝试加载。
这种机制的核心作用有两个：

保证类的唯一性和安全性：避免同一个类被不同加载器重复加载，确保核心类（如JDK的string、Integer）不会被篡改。比如上面的例子，防止我们自定义的string类替换掉JDK的核心类，否则可能引发安全问题(比如修改string的底层实现导致系统混乱）。
实现类的复用：核心类只需要被顶层加载器加载一次，所有子加载器都能共享这个类，减少内存消耗。

1.4如何破坏双亲委派

方式 1：重写 ClassLoader 的 loadClass 方法（最直接）

import java.io.FileInputStream;  
import java.io.IOException;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.FileChannel;  
  
/**  
 * 自定义类加载器，重写loadClass方法，破坏双亲委派模型  
 * 核心：先尝试自己加载类，加载不到再委派父类加载器  
 */  
public class CustomClassLoader extends ClassLoader {  
    // 自定义类加载的根路径（存放要加载的.class文件）  
    private String classPath;  
  
    public CustomClassLoader(String classPath) {  
        // 父类加载器默认使用系统类加载器（Application ClassLoader）  
        this.classPath = classPath;  
    }  
  
    // 核心：重写loadClass方法，改变加载顺序  
    @Override  
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {  
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {  
            // 1. 检查该类是否已经被加载过  
            Class<?> c = findLoadedClass(name);  
            if (c == null) {  
                // 【破坏双亲委派的关键】先尝试自己加载，而不是先委派父类  
                try {  
                    c = findClass(name); // 自己加载  
                } catch (ClassNotFoundException e) {  
                    // 自己加载失败，再委派父类加载器  
                    c = super.getParent().loadClass(name);  
                }  
            }  
            if (resolve) {  
                resolveClass(c);  
            }  
            return c;  
        }  
    }  
  
    // 自定义类加载的核心逻辑：从指定路径读取.class文件并转为Class对象  
    @Override  
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
        try {  
            // 将类名转为文件路径（如com.example.Test -> com/example/Test.class）  
            String filePath = classPath + "/" + name.replace(".", "/") + ".class";  
            FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);  
            FileChannel channel = fis.getChannel();  
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate((int) channel.size());  
            channel.read(buffer);  
            fis.close();  
            // 将字节数组转为Class对象  
            return defineClass(name, buffer.array(), 0, buffer.array().length);  
        } catch (IOException e) {  
            throw new ClassNotFoundException("类加载失败：" + name, e);  
        }  
    }  
  
    // 测试方法  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        // 1. 创建自定义类加载器，指定类加载路径（替换为你自己的.class文件路径）  
        CustomClassLoader customLoader = new CustomClassLoader("D:/test/classpath");  
        // 2. 加载自定义类（假设D:/test/classpath下有com/example/Test.class）  
        Class<?> testClass = customLoader.loadClass("com.example.Test");  
        // 3. 输出类加载器信息，验证是自定义加载器加载的（而非父类）  
        System.out.println("类加载器：" + testClass.getClassLoader());  
        // 4. 实例化并调用方法（验证类加载成功）  
        Object obj = testClass.newInstance();  
        testClass.getMethod("sayHello").invoke(obj);  
    }  
}

核心修改点：重写loadClass方法，把 “先委派父类” 改成 “先自己加载，失败再委派父类”，这是对双亲委派最直接的破坏。
findClass方法：实现自定义的类加载逻辑（从指定路径读取.class 文件字节码，再通过defineClass转为 Class 对象），这是自定义类加载器的标准写法。
前置条件：需要在D:/test/classpath下放置编译后的.class文件（如com/example/Test.class），否则会触发父类加载器加载。