类加载机制
# 类加载过程以及加载机制
# 类加载器的种类：
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），是虚拟机自身的一部分，用来加载Java_HOME/lib/目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库；
其他类加载器：
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库；
应用程序类加载器（Application ClassLoader）。负责加载用户类路径（classpath）上的指定类库，我们可以直接使用这个类加载器。一般情况，如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。
类加载是 JVM 运行期的核心机制之一，它将 .class 文件中的二进制数据读取并转化为 JVM 可以识别的 java.lang.Class 对象。整个过程可以分为三大阶段：加载（Loading）、链接（Linking）、初始化（Initialization）
# 加载过程：
加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化 -> 使用 -> 卸载
验证 -> 准备 -> 解析 这三步合起来称为 链接
# 阶段一：加载 (Loading)
这是类加载的第一个阶段，负责将类的二进制数据读入内存。
- 获取二进制流：通过类的全限定名，查找并读取类的二进制数据流（通常是
.class文件）。 - 创建数据结构：在方法区（或元空间/Metaspace）内为该类创建一个运行时数据结构，存储类的元信息。
- 生成 Class 对象：在 Java 堆中生成一个代表这个类的
java.lang.Class对象，作为程序访问方法区内该类数据的接口。
核心机制：这个阶段主要由 类加载器（ClassLoader） 完成。Java 提供了双亲委派模型来组织类加载器，以保证类的唯一性和安全性。
# 阶段二：链接 (Linking)
链接是将字节码合并到 JVM 运行时状态的过程，分为三个子步骤：
# 1. 验证 (Verification)
确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合 JVM 规范，并且不会危害虚拟机自身的安全。这是 JVM 保证安全性的重要步骤。
- 主要检查：文件格式（魔数、版本）、元数据（继承规范）、字节码（控制流、类型安全）、符号引用等。
# 2. 准备 (Preparation)
为类的 静态变量（Static Fields） 分配内存，并将其初始化为 零值（Zero Value）。
- 注意区别：此时只是赋予系统默认的初始值（如
int为 0，boolean为false，引用为null），而不是程序中定义的初始值。- 比如
public static int value = 100;此时value的值是0。
- 比如
# 3. 解析 (Resolution)
将常量池内的符号引用（Symbolic References）替换为 直接引用（Direct References）。
- 符号引用：一组描述目标的字符串（如类的全限定名、方法的名称和描述符）。
- 直接引用：直接指向目标的指针、句柄或偏移量。
- 时机：这个阶段不一定是必须在加载时完成，也可以在运行时首次使用某个符号引用时进行。
# 阶段三：初始化 (Initialization)
这是类加载过程的最后一步，也是真正执行 Java 代码赋予变量初值的阶段。
- 执行
<clinit>()方法：JVM 会执行类的构造器方法。这个方法是由编译器自动收集类中所有静态变量的赋值动作和**静态语句块（static {}块）**中的语句合并生成的。 - 赋予初始值：在这一步，静态变量才会被赋予程序中定义的初始值。
- 承接上面的例子，
public static int value = 100;此时value的值才变为100。
- 承接上面的例子，
- 线程安全：JVM 必须保证一个类的
<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁和同步，确保只被执行一次。
graph TD
A[.class 字节码文件] --> B[加载 Loading]
B --> C[连接 Linking]
C --> D[初始化 Initialization]
D --> E[使用阶段]
E --> F[卸载 Unloading]
subgraph 连接 Linking
C --> C1[验证 Verification]
C1 --> C2[准备 Preparation]
C2 --> C3[解析 Resolution]
end
# 类初始化触发时机
JVM 规范严格规定了类在以下 5 种情况下会立即进行初始化（Initialization）：
- 遇到
new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时（对应于使用new关键字、读取或设置类的静态字段，以及调用类的静态方法）。 - 使用
java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时。 - 初始化一个类时，发现其父类还没有初始化，则必须先初始化其父类。
- 当 JVM 启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含
main()方法的类），虚拟机会先初始化这个主类。 - 使用 JDK 7 新增的动态语言支持时，如果一个
java.lang.invoke.MethodHandle实例最后解析的结果是REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
初始化时机（主动引用）：
// 1. new 创建实例（最常见）
Object obj = new Object();
// 2. 读取或设置静态字段（final常量除外）
int val = Example.value; // 触发Example类初始化
// 3. 调用静态方法
Example.staticMethod();
// 4. 反射调用 Class.forName()
Class.forName("com.example.Test");
// 5. 初始化子类时，父类先初始化
// 6. JVM启动时指定的主类 比如 main()方法、 springboot 的 main 入口
不会触发初始化的情况（被动引用）：
// 1. 通过子类引用父类的静态字段
class Parent { static int value = 10; }
class Child extends Parent {}
// 只初始化Parent，不初始化Child
int val = Child.value;
// 2. 通过数组定义引用类
Example[] array = new Example[10]; // 不触发初始化
// 3. 引用类的常量（编译期放入常量池）
final int CONST = 123;
int val = Example.CONST; // 不触发初始化
# Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别？
// Class.forName()：加载+链接+初始化（默认）
Class.forName("com.example.Test");
// ClassLoader.loadClass()：只加载，不初始化
classLoader.loadClass("com.example.Test", false);
比如最常见的：
// 这行代码会：
// 1. 加载MySQL驱动类
// 2. 初始化驱动类，执行静态方法块
// 3. 执行DriverManager.registerDriver()注册驱动
Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
因为MySQL驱动类的静态代码块中有：
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
static {
try {
// 驱动初始化时自动注册
DriverManager.registerDriver(new Driver());
} catch (SQLException e) {
throw new RuntimeException("注册驱动失败");
}
}
}
而使用 classLoader.loadClass("com.mysql.cj.jdbc.Driver"); 则无效；（即不会初始化，不会加载静态代码块）
