JVM（Java虚拟机）加载类文件的原理机制是通过类加载器（Class Loader）来实现的。类加载器负责将类文件从文件系统、网络或其他来源加载到内存中，并转换为 java.lang.Class 对象。以下是JVM加载类文件的主要步骤和机制：
1. 类加载过程
类加载过程可以分为以下几个阶段：
1.1 加载（Loading）
- 查找字节码：类加载器根据类的全限定名找到对应的
.class文件。 - 读取字节码：将
.class文件中的二进制数据读入内存。 - 生成类对象：将读入的字节码数据转换为
java.lang.Class对象。
1.2 链接（Linking）
链接阶段又分为三个子阶段：
- 验证（Verification） ：确保加载的类文件符合JVM规范，没有安全问题。
- 准备（Preparation） ：为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值（例如，整型变量初始化为0）。
- 解析（Resolution） ：将类中的符号引用转换为直接引用。符号引用是以文本形式存在的，而直接引用是直接指向目标的指针或偏移量。
1.3 初始化（Initialization）
- 执行类初始化代码：执行类的静态初始化块和静态变量的赋值操作。
2. 类加载器
JVM使用层次结构的类加载器来加载类文件。主要的类加载器包括：
2.1 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）
- 负责加载核心类库（如
rt.jar），这些类库位于JRE/lib目录下。 - 由C++编写，是JVM的一部分，无法被Java代码直接访问。
2.2 扩展类加载器（Extension Class Loader）
- 负责加载扩展类库（如
ext.jar），这些类库位于JRE/lib/ext目录下。 - 由Java编写，是
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader的实例。
2.3 应用程序类加载器（Application Class Loader）
- 负责加载应用程序类路径（如
CLASSPATH）下的类文件。 - 由Java编写，是
sun.misc.Launcher$AppClassLoader的实例。 - 也是用户自定义类加载器的默认父加载器。
3. 双亲委派模型
类加载器采用双亲委派模型来加载类文件。具体过程如下：
- 当一个类加载器收到类加载请求时，它首先委托其父加载器去加载该类。
- 如果父加载器无法加载该类（即在父加载器的搜索路径中找不到该类），则子加载器才会尝试自己加载该类。
这种模型的好处是：
- 避免类的重复加载：确保同一个类在JVM中只有一个加载实例。
- 保证类的安全性：防止恶意代码替换核心类库中的类。
4. 类加载时机
类加载通常在以下几种情况下发生：
- 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时：如果类尚未初始化，则需要先触发其初始化。
- 使用反射调用类时：例如，通过
Class.forName("com.example.MyClass")加载类。 - 初始化一个类的子类时：如果子类已经初始化，但父类尚未初始化，则需要先初始化父类。
- 虚拟机启动时：某些类会在虚拟机启动时被初始化，例如
java.lang.Object。
示例代码
以下是一个简单的Java示例，展示了如何通过反射加载类：
public class ClassLoaderExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 通过反射加载类
Class<?> clazz = Class.forName("com.example.MyClass");
// 创建类的实例
Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
// 输出类的名称
System.out.println("Loaded class: " + clazz.getName());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
在这个示例中，Class.forName("com.example.MyClass") 方法通过反射加载了 com.example.MyClass 类，并创建了一个实例。
