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JVM类加载器面试题及原理

news 来源：原创 2025/8/23 22:41:15

JVM只会运行二进制文件，类加载器的作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。

1. 类加载器的种类

  • 启动类加载器（BootStrap ClassLoader）：加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的库
  • 扩展类加载器（ExtClassLoader）：主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类
  • 应用类加载器（AppClassLoader）：用于加载classPath下的类
  • 自定义类加载器（CustomizeClassLoader）：自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。
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2. 双亲委派模型

2.1 原理

加载某一个类，先委托上一级的加载器进行加载，如果上级加载器也有上级，则会继续向上委托，如果该类委托上级没有被加载，子加载器尝试加载该类

  • student类在应用类加载器，向上委托，但lib和ext目录都没有student，所以向下由含有student类的子加载器（应用类加载器）加载student类
  • string类在应用类加载器，向上委托，lib目录下有，于是加载string类然后返回给应用类加载器让它直接使用
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2.2 使用场景

JVM为什么采用双亲委派机制？

  1. 通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性
  2. 为了安全，保证类库API不会被修改
    ex：
package java.long;
public class String{public static void main (Stringll args) {System.out.println("demo info");}
}

此时执行main函数，会出现异常，在类java.lang.String 中找不到 main 方法

错误：在类 java.Lang.string 中找不到 main 方法，请将 main 方法定义为：
public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展
javafx.application.Application

报错原因：由于是双亲委派的机制，javalang.String的在启动类加载器得到加载，因为在核心jre库中有其相同名字的类文件，但该类中并没有main方法。这样就能防止恶意篡改核心API库。（所以这就是为什么类名不能是关键字的根本原因）

3. 类装载的执行过程

  • 类从加载到虚拟机中开始，直到卸载 止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。
  • 其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（linking）
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3.1 加载阶段

查找和导入class文件

  • 通过类的全名，获取类的二进制数据流。
  • 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构（Java类模型）
  • 创建java.lang.Class类的实例，表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口
    在这里插入图片描述

3.2 连接阶段

3.2.1 验证阶段

保证加载类的准确性
验证类是否符合JVM规范，安全性检查

  • 格式检查，如：文件格式是否错误、语法是否错误、字节码是否合规(1)(2)(3)
    1. 文件格式验证
    2. 元数据验证
    3. 字节码验证
  • Class文件在其常量池会通过字符串记录自己将要使用的其他类或者方法，检查它们是否存在(4)
    4. 符号引用验证
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3.2.2 准备阶段

内类变量分配内存并设置类变量初始值

  1. static变量，分配空间在准备阶段完成（设置默认值），赋值在初始化阶段完成
  2. static变量是final的基本类型，以及字符串常量，值已确定，赋值在准备阶段完成
  3. static变量是final的引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成
public class Application {static int b = 10;      //(1)static final int c = 20;   //(2)static final String d = "hello";   //(2)static final Object obj = new Object;  //(3)
｝

3.2.3 解析阶段

把类中的符号引用转换为直接引用
比如：方法中调用了其他方法，方法名可以理解为符号引用，而直接引用就是使用指针直接指向方法

  • 符号引用：代#的是符号引用，符号引用可能也引用其他符号引用或直接引用类
  • 直接引用：找到符号指的类与方法去执行
    在这里插入图片描述

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3.3 初始化阶段

对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作

  • 如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。
  • 如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。
//Animal是Cat父类
//子类初始化，如果父类还没初始化，会引发父类先初始化
System.out.println（Cat.sex）；
//子类访问父类静态变量，只触发父类初始化
System.out.println(Cat.num);

3.4 使用阶段

JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码

  • 调用静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法）
  • 使用new关键字为其创建对象实例

3.5 卸载阶段

当用户程序代码执行完毕后，JVM便开始销毁创建的Class对象。

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