⭐ 题目日期：

美团 - 2024/4/12，字节 - 2024/12/17

📝 题解：

Java 的类加载机制是 JVM 将类的字节码加载到内存，并转换为运行时数据结构的核心过程。其核心机制分为 类加载过程、类加载器层级 和 双亲委派模型 三部分，以下是详细解析：

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一、类加载的三个阶段

类加载分为 加载（Loading） → 链接（Linking） → 初始化（Initialization） 三个阶段：

1. 加载（Loading）

• 任务：通过类加载器将字节码（.class 文件、网络数据、动态生成等）加载到内存，并生成 Class 对象。
• 关键步骤：
  • 按全限定名（如 java.lang.String）查找字节码。
  • 解析字节码，生成对应的 Class 对象（在方法区存储类的元数据）。
• 触发条件：首次主动使用类时触发（如 new、调用静态方法、访问静态字段等）。

2. 链接（Linking）

分三个子阶段：

• (1) 验证（Verification）
  确保字节码符合 JVM 规范（如魔数检查、语法验证），防止恶意代码注入。
• (2) 准备（Preparation）
  为 静态变量 分配内存并设置初始值（如 int 初始化为 0，引用初始化为 null）。
  注：static final 常量在此阶段直接赋值（如 static final int x = 123）。
• (3) 解析（Resolution）
  将符号引用（如类名、方法名）转换为直接引用（内存地址指针）。

3. 初始化（Initialization）

• 任务：执行类的 <clinit>() 方法（由编译器自动生成），完成静态变量赋值和静态代码块的执行。
• 触发条件：
  首次主动使用类时触发（如 new、调用静态方法、访问静态字段、反射调用等）。
• 线程安全：JVM 保证 <clinit>() 方法在多线程环境下的同步执行。

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二、类加载器的层级与双亲委派模型

1. 类加载器层级

JVM 内置三类加载器，形成层级关系：

类加载器	加载路径	加载的类示例
Bootstrap ClassLoader	JRE/lib 下的核心库（如 rt.jar）	java.lang.String
Extension ClassLoader	JRE/lib/ext 下的扩展库	javax.xml.parsers
Application ClassLoader	类路径（CLASSPATH）	用户自定义类（如 User）

2. 双亲委派模型（Parent Delegation）

• 核心规则：
  类加载请求先委派给父加载器处理，只有父加载器无法完成时，子加载器才尝试加载。
• 流程示例：
  加载 java.lang.String → Application → Extension → Bootstrap（最终由 Bootstrap 加载）。
• 优势：
  • 安全性：避免用户伪造核心类（如自定义 java.lang.Object）。
  • 唯一性：保证类在层级中只被加载一次（避免重复加载）。

3. 打破双亲委派的场景

• SPI 机制：JDBC 驱动加载（父加载器请求子加载器加载接口实现类，如 java.sql.Driver）。
• 热部署：Web 服务器（如 Tomcat）为每个 Web 应用创建独立的类加载器。
• 动态加载：OSGi 模块化框架通过自定义类加载器实现模块间隔离。

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三、自定义类加载器

通过继承 ClassLoader 并重写 findClass() 方法实现，典型场景：

1. 动态加载类

• 从网络、数据库或加密文件中加载字节码。
• 示例代码：

  public class MyClassLoader extends ClassLoader {
      @Override
      protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
          byte[] bytes = loadClassData(name); // 自定义加载逻辑（如读取加密文件）
          return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
      }
  }

2. 应用隔离

• Tomcat 为每个 Web 应用分配独立的类加载器，避免类冲突。
• 实现原理：优先加载自身路径下的类，未找到时再委派父加载器。

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四、类卸载机制

• 卸载条件：
  • 类对应的 Class 对象无引用。
  • 加载该类的类加载器实例已被回收。
• 典型场景：
  动态生成的类（如 CGLIB 代理类）在其类加载器被回收后可卸载。

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五、总结

核心机制	关键点
类加载过程	加载 → 链接（验证、准备、解析） → 初始化
双亲委派模型	层级委派，保障安全性与唯一性
自定义加载器	实现类隔离、热部署、动态加载
实际应用	Tomcat 隔离 Web 应用、Spring 动态代理、模块化框架（OSGi）

理解类加载机制的意义：

• 解决类冲突（如不同版本库的兼容性问题）。
• 优化内存（避免类重复加载或内存泄漏）。
• 实现热部署、模块化等高级特性。