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南昌市经济技术开发区属于哪个区_黄山旅游攻略二日_整站优化seo平台_seo优化网站源码

2025/11/4 16:43:49 来源：https://blog.csdn.net/goTsHgo/article/details/147454980  浏览:  次   关键词：南昌市经济技术开发区属于哪个区_黄山旅游攻略二日_整站优化seo平台_seo优化网站源码
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        我将以一个典型 Java 程序（HelloWorld）的执行过程为基础，逐步分析类加载的每一步，明确涉及的类、方法、输入数据格式、中间数据处理流程，以及最终输出数据格式。

        本文从程序启动开始，涵盖类加载的所有阶段（加载、链接、初始化），并具体到每个阶段调用的类和方法。

1. 概述：类加载的背景和流程

        类加载是 Java 虚拟机（JVM）将类文件（.class 文件或字节码）加载到内存，并将其转换为可执行的 java.lang.Class 对象的过程。它是 Java 程序运行的基础，确保程序所需的类在需要时被正确加载、验证和初始化。

类加载的三大阶段

  1. 加载（Loading）：读取类文件的字节码到内存，生成 Class 对象。
  2. 链接（Linking）：
    • 验证（Verification）：检查字节码的合法性。
    • 准备（Preparation）：为静态变量分配内存并设置默认值。
    • 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用。
  3. 初始化（Initialization）：执行类的静态初始化代码（如静态块和静态变量赋值）。

类比：图书馆借书

  • 加载：从书库找到一本书（类文件）并放到借阅桌上（内存）。
  • 验证：检查书是否完整、合法（比如没有缺页）。
  • 准备：为书的笔记页（静态变量）分配空白空间。
  • 解析：把书中的参考文献（符号引用）替换为实际地址。
  • 初始化：填写书的笔记页（执行静态代码）。

示例程序

假设我们运行一个简单的 Java 程序 Main.java：

public class Main {static int staticVar = 42;static {System.out.println("主程序中的静态块");}public static void main(String[] args) {System.out.println("Hello, World!");StaticTest test= new StaticTest();}
}class StaticTest {static {System.out.println("在StaticTest类中的静态块");}
}

我们将以这个程序的执行过程，详细描述类加载的完整流程。

2. 完整类加载流程

以下是类加载的详细步骤，涵盖从程序启动到类加载完成的每一步，明确涉及的类、方法、输入输出数据格式，以及中间处理流程。

2.1 程序启动：JVM 初始化

  • 触发点：运行 java Main 命令。
  • 涉及类：
    • JVM 内部实现（非 Java 类，由 C++ 实现）。
    • java.lang.BootClassLoader（引导类加载器，JVM 内部）。
  • 操作：
    • JVM 启动，初始化引导类加载器（BootClassLoader）。
    • BootClassLoader 加载核心类库（如 java.lang.Object, java.lang.String, java.lang.System）。
    • JVM 调用 java.lang.System 的 initializeSystemClass() 方法，设置系统属性和环境。
  • 输入数据格式：
    • 命令行参数：java Main。
    • 核心类库路径（JAVA_HOME/lib 或模块系统中的 java.base）。
  • 中间处理：
    • JVM 解析命令行，找到主类 Main。
    • BootClassLoader 读取核心类文件的字节码（.class 文件或模块化镜像）。
    • 核心类的字节码被加载到 JVM 的方法区（Method Area），生成 java.lang.Class 对象。
  • 输出数据格式：
    • 核心类的 Class 对象，存储在方法区。
    • JVM 环境初始化完成，准备加载用户类。

类比：图书馆开门，主管理员（JVM）先把核心书籍（如字典、工具书）放到桌上（内存），准备好借阅系统。

2.2 加载主类：Main

  • 触发点：JVM 需要执行 Main 类的 main 方法。
  • 涉及类：
    • java.lang.AppClassLoader（应用类加载器）。
    • java.lang.ClassLoader（抽象类，提供加载逻辑）。
    • jdk.internal.loader.BuiltinClassLoader（AppClassLoader 的父类）。
    • jdk.internal.loader.URLClassPath（辅助类，管理类路径）。
  • 操作：
    1. 查找主类：
      • JVM 通过 AppClassLoader 查找 Main 类。
      • AppClassLoader 调用父类 ClassLoader 的 loadClass(String name) 方法。
      • loadClass 实现双亲委派模型：
        • 先调用 getParent() 获取父加载器（PlatformClassLoader）。
        • PlatformClassLoader 再委托其父加载器（BootClassLoader）。
        • 如果父加载器找不到类，AppClassLoader 调用自己的 findClass(String name) 方法。
    2. 读取字节码：
      • AppClassLoader 通过 BuiltinClassLoader 的 findClassInModuleOrClassPath 方法查找 Main.class。
      • URLClassPath 从类路径（-cp 或默认路径）读取 Main.class 的字节码。
    3. 创建 Class 对象：
      • AppClassLoader 调用 ClassLoader 的 defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 方法。
      • JVM 将字节码转换为 java.lang.Class 对象，存储在方法区。
  • 输入数据格式：
    • 类名：Main（全限定名 Main）。
    • 类路径：文件系统路径或 JAR 文件。
    • 字节码：Main.class 文件的二进制数据（字节数组）。
  • 中间处理：
    • 双亲委派：确保类只加载一次，避免冲突。
      • BootClassLoader 检查是否为核心类（不是，失败）。
      • PlatformClassLoader 检查是否为平台类（不是，失败）。
      • AppClassLoader 从类路径找到 Main.class。
    • 字节码读取：URLClassPath 打开文件流，读取 Main.class 的二进制数据。
    • Class 对象生成：JVM 解析字节码，创建 Class 实例，记录类的元信息（如方法表、字段表）。
  • 输出数据格式：
    • java.lang.Class 对象，表示 Main 类。
    • 存储在方法区，包含类的元信息（方法、字段、常量池等）。

类比：管理员（AppClassLoader）在图书馆（类路径）找到 Main 这本书（.class 文件），检查是否已在核心书库或分馆（父加载器），然后把书的内容（字节码）整理成一本可用的书（Class 对象）。

2.3 链接主类：Main

链接阶段将 Main 类的 Class 对象准备好，分为验证、准备和解析三个子阶段。

2.3.1 验证（Verification）
  • 触发点：Main 类加载后，JVM 自动验证字节码。
  • 涉及类：
    • JVM 内部验证器（非 Java 类）。
    • java.lang.ClassLoader（提供上下文）。
  • 操作：
    • JVM 调用内部验证器，检查 Main 类的字节码是否合法。
    • 验证内容：
      • 文件格式：是否符合 JVM 规范（魔数 CAFEBABE、版本号等）。
      • 语义：方法和字段的访问权限是否合法。
      • 字节码：指令序列是否安全（无非法跳转）。
      • 符号引用：常量池中的引用是否有效。
  • 输入数据格式：
    • Main 类的字节码（存储在方法区）。
  • 中间处理：
    • JVM 解析字节码的常量池、方法表、字段表。
    • 检查字节码的结构和语义，确保不会导致 JVM 崩溃。
    • 如果验证失败，抛出 java.lang.VerifyError。
  • 输出数据格式：
    • 验证通过的 Class 对象，标记为“可继续链接”。

类比：管理员检查 Main 这本书是否完整（格式正确）、内容合法（没有危险指令），确保它可以安全借阅。

2.3.2 准备（Preparation）
  • 触发点：验证通过后，JVM 准备静态变量。
  • 涉及类：
    • JVM 内部实现。
    • java.lang.Class（存储静态变量信息）。
  • 操作：
    • JVM 为 Main 类的静态变量分配内存，并设置默认值。
    • 示例：static int staticVar = 42; 的 staticVar 被分配内存，默认值为 0（int 的默认值）。
  • 输入数据格式：
    • Main 类的 Class 对象，包含静态变量的元信息。
  • 中间处理：
    • JVM 在方法区为 staticVar 分配 4 字节（int 类型）。
    • 设置初始值 0，暂不执行赋值语句（42 在初始化阶段赋值）。
  • 输出数据格式：
    • Class 对象，静态变量内存分配完成，默认值设置。

类比：管理员为 Main 书的笔记页（静态变量）分配空白空间，暂时填上默认内容（0）。

2.3.3 解析（Resolution）
  • 触发点：JVM 解析 Main 类的符号引用（可选，延迟解析可能在初始化或运行时进行）。
  • 涉及类：
    • java.lang.ClassLoader（解析引用时可能调用父加载器）。
    • java.lang.Class（存储常量池）。
  • 操作：
    • JVM 解析 Main 类常量池中的符号引用，转换为直接引用。
    • 示例：Main 类的 main 方法调用 System.out.println，涉及 java.lang.System 和 java.io.PrintStream。
    • JVM 通过 AppClassLoader 加载 System 和 PrintStream 类（如果尚未加载）。
  • 输入数据格式：
    • Main 类的常量池，包含符号引用（如 CONSTANT_Class_info 指向 java.lang.System）。
  • 中间处理：
    • JVM 查找符号引用的类（如 System），调用 ClassLoader.loadClass("java.lang.System")。
    • BootClassLoader 加载 System 类，生成 Class 对象。
    • 常量池中的符号引用（如 #2）被替换为 Class 对象的内存地址。
  • 输出数据格式：
    • Class 对象，常量池中的符号引用更新为直接引用。

类比：管理员把 Main 书中的参考书目（符号引用）替换为具体书的地址（直接引用），确保可以快速找到其他书。

2.4 初始化主类：Main

  • 触发点：JVM 准备执行 Main.main 方法前，初始化 Main 类。
  • 涉及类：
    • java.lang.Class（存储静态代码）。
    • JVM 内部实现（执行初始化）。
  • 操作：
    • JVM 执行 Main 类的静态初始化代码：
      • 静态变量赋值：staticVar = 42;
      • 静态块：System.out.println("主程序中的静态块");
    • JVM 调用 <clinit> 方法（类初始化方法，由编译器生成）。
  • 输入数据格式：
    • Main 类的 Class 对象，包含 <clinit> 方法。
  • 中间处理：
    • JVM 执行 <clinit> 方法：
      • 设置 staticVar = 42。
      • 执行静态块，调用 System.out.println，输出 "主程序中的静态块"。
    • 如果涉及其他类（如 System），可能触发它们的加载和初始化。
  • 输出数据格式：
    • Main 类的静态变量初始化完成（staticVar = 42）。
    • 静态块执行，输出到控制台。
    • Class 对象标记为“已初始化”。

类比：管理员正式填写 Main 书的笔记页（静态变量和静态块），完成书的准备工作。

2.5 执行 main 方法：触发其他类加载

  • 触发点：JVM 调用 Main.main(String[] args)。
  • 涉及类：
    • java.lang.AppClassLoader（加载 StaticTest类）。
    • java.lang.ClassLoader（提供加载逻辑）。
    • jdk.internal.loader.BuiltinClassLoader。
    • jdk.internal.loader.URLClassPath。
    • java.lang.Class（表示 StaticTest类）。
  • 操作：
    1. 执行 main 方法：
      • 输出 "Hello, World!"（调用 System.out.println）。
      • 创建 StaticTest实例：new StaticTest()。
    2. 加载 StaticTest类：
      • new StaticTest() 触发 StaticTest类的加载。
      • AppClassLoader 调用 loadClass("StaticTest")。
      • 类似 Main 类，URLClassPath 读取 StaticTest.class 的字节码。
      • defineClass 创建 StaticTest的 Class 对象。
    3. 链接 StaticTest 类：
      • 验证：检查 StaticTest字节码的合法性。
      • 准备：为 StaticTest的静态变量分配内存。
      • 解析：解析 StaticTest的符号引用（如 System）。
    4. 初始化 StaticTest类：
      • 执行 <clinit> 方法，运行静态块：System.out.println("在StaticTest类中的静态块");
    5. 创建 StaticTest实例：
      • JVM 调用 StaticTest的构造方法，分配实例内存，生成对象。
  • 输入数据格式：
    • 类名：StaticTest。
    • 字节码：StaticTest.class 文件的二进制数据。
  • 中间处理：
    • 加载：AppClassLoader 通过双亲委派查找 StaticTest，从类路径加载字节码。
    • 链接：验证字节码，分配静态变量内存，解析引用。
    • 初始化：执行静态块，输出 "在StaticTest类中的静态块"。
    • 实例化：分配堆内存，调用构造方法。
  • Output data format:
    • StaticTest类的 Class 对象（方法区）。
    • StaticTest实例（堆内存）。
    • 控制台输出："在StaticTest类中的静态块"。

类比：程序运行时，管理员发现需要 StaticTest这本书，重复“找书 -> 检查 -> 准备 -> 初始化”的过程，最终借出书并创建一本新副本（实例）。

2.6 程序输出

运行 java Main 的完整输出：

主程序中的静态块
Hello, World!
在StaticTest类中的静态块
  • 解释：
    • Main 类的静态块在初始化时执行。
    • main 方法输出 "Hello, World!"。
    • StaticTest类的静态块在 new StaticTest() 时执行。

3. 涉及的类和方法总结

以下是类加载流程中涉及的所有类和关键方法：

阶段类方法作用
启动JVM 内部实现, BootClassLoader（无 Java 方法，由 JVM 调用）初始化 JVM，加载核心类库（如 java.lang.System）。
加载AppClassLoader, ClassLoader, BuiltinClassLoader, URLClassPathloadClass(String), findClass(String), defineClass(String, byte[], int, int), URLClassPath.getResource()查找并读取 .class 文件，生成 Class 对象。
验证JVM 内部, ClassLoader（无直接 Java 方法，JVM 验证器）检查字节码合法性。
准备JVM 内部, Class（无直接 Java 方法，JVM 分配内存）为静态变量分配内存，设置默认值。
解析ClassLoader, ClassloadClass(String)（间接调用）将符号引用转换为直接引用。
初始化Class, JVM 内部<clinit>（由 JVM 执行）执行静态变量赋值和静态块。
运行AppClassLoader, ClassLoader, ClassloadClass(String), defineClass, <init>（构造方法）加载依赖类（如 StaticTest），创建实例。

4. 数据格式总结

阶段输入数据格式中间处理输出数据格式
加载类名（String），.class 文件（字节数组）双亲委派查找，读取字节码，解析元信息，生成 Class 对象java.lang.Class 对象（方法区）
验证字节码（Class 对象的元信息）检查文件格式、语义、字节码指令、符号引用验证通过的 Class 对象
准备Class 对象（静态变量元信息）分配内存，设置默认值（如 int 为 0）Class 对象（静态变量内存分配完成）
解析常量池（符号引用）加载依赖类，替换符号引用为直接引用（内存地址）Class 对象（常量池更新）
初始化Class 对象（<clinit> 方法）执行静态变量赋值和静态块，可能触发其他类加载Class 对象（静态变量初始化完成），控制台输出
运行类名，字节码，构造参数加载依赖类，执行构造方法，分配堆内存Class 对象，实例对象（堆），控制台输出

5. 补充说明

5.1 双亲委派模型

  • 确保类加载的唯一性和安全性。
  • 流程：子加载器（如 AppClassLoader）先委托父加载器（如 PlatformClassLoader, BootClassLoader），只有父加载器失败时才自己加载。
  • 涉及方法：ClassLoader.loadClass 和 findClass。

5.2 模块化支持（Java 9+）

  • PlatformClassLoader 和 AppClassLoader 支持模块系统。
  • java.lang.Module 定义模块边界，影响类加载的可见性。
  • 示例中，Main 和 StaticTest可能属于同一模块（如 unnamed module）。

6. 总结

类加载的完整流程从 JVM 启动到程序运行，涉及以下关键步骤：

  1. 启动：JVM 初始化，BootClassLoader 加载核心类。
  2. 加载：AppClassLoader 通过 loadClass 和 defineClass 加载 Main 类，生成 Class 对象。
  3. 链接：
    • 验证：JVM 检查字节码合法性。
    • 准备：分配静态变量内存，设置默认值。
    • 解析：将符号引用替换为直接引用。
  4. 初始化：执行 Main 的 <clinit> 方法，初始化静态变量和块。
  5. 运行：执行 main 方法，触发 StaticTest类的加载、链接、初始化和实例化。

涉及的核心类：ClassLoader, AppClassLoader, PlatformClassLoader, BootClassLoader, BuiltinClassLoader, URLClassPath, Class, Module。

数据流：从类名和字节码文件开始，经过加载、验证、准备、解析、初始化，最终生成 Class 对象和实例，输出到控制台。

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