JVM类加载机制

JVM 的类加载机制（Class Loading Mechanism）是 Java 虚拟机中一个非常核心的部分，它决定了类从哪里来、怎么加载、什么时候初始化等一系列行为。

类加载整体流程

Java 类的加载过程可以分为五个阶段：

  1. 加载（Loading）: 把 .class 文件读入内存，生成一个 java.lang.Class 对象。由类加载器完成，可能来自本地磁盘、网络、甚至是动态生成的字节码。

  2. 验证（Verification）: 确保字节码符合 JVM 规范，保证运行时安全。检查格式是否正确、语义是否符合规定、权限是否合法等。

  3. 准备（Preparation）: 为类的静态变量分配内存，并设置初始默认值（不是显式赋值）。

  4. 解析（Resolution）: 把常量池中的符号引用转换为直接引用。如：类名、字段名、方法签名 -> 实际地址。

  5. 初始化（Initialization）: 正式执行 <clinit>() 方法（类构造器），也就是执行静态变量的初始化和静态代码块。这是类加载过程的最后一步，之后类才可以使用。

类加载器模型（ClassLoader）

JVM 中的类加载器负责把类加载进 JVM，并维持一个”类名-类实例”的映射表。

  • Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）: JVM 内置，用 C++ 实现, JAVA_HOME/lib 核心类，如 java.lang.*
  • Extension ClassLoader（扩展类加载器）: 加载扩展库，JAVA_HOME/lib/ext
  • App ClassLoader（应用类加载器）: 最常用，默认加载你的代码，classpath 路径下的类
  • 自定义 ClassLoader: 开发者自定义实现，如热部署、解密等

双亲委派机制（Parent Delegation Model）

类加载器在加载类之前，会先把请求交给父类加载器，一直向上委托，直到 Bootstrap。只有当父类加载器无法加载，子加载器才会尝试加载。

机制作用:

  • 防止重复加载同一个 .class，通过委托机制向上面去问问，加载过了就不加载了，保证数据安全。
  • 保证 .class 不能被篡改，通过委托方式，不会去篡改核心 .class，即使篡改也不会加载。即使加载了也不会同一个 .class 对象了。

类的生命周期

被主动使用时才会触发类加载（尤其是初始化）：

  • new 实例
  • 访问静态变量
  • 调用静态方法
  • 反射调用
  • 子类初始化

类卸载: JVM 不再使用某个类，并且加载它的 ClassLoader 被回收，才可能卸载该类（主要出现在 OSGi、Tomcat 这类容器中）。

Tomcat的类加载机制

Tomcat 的类加载机制相对于 JVM的类加载机制做了一些改变，没有严格的遵从双亲委派机制，也可以说打破了双亲委派机制。

Tomcat 8.5 默认改变了严格的双亲委派机制：

  • 首先从 Bootstrap ClassLoader 加载指定的类
  • 如果未加载到，则从 /WEB-INF/classes 加载
  • 如果未加载到，则从 /WEB-INF/*.jar 加载
  • 如果未加载到，则依次从 System、Common、Shared 加载（在这最后一步，遵从双亲委派机制）