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【Java】JVM虚拟机（基本概念、类加载机制）

news 2025/7/26 11:16:01

一、基本概念

1、什么是JVM

Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称 JVM ），是java程序运行的核心组件之一，它为java程序运行提供了环境。其核心价值在于实现了" 一次编写，多处运行 " (Write once,run anywhere )的跨平台特性，还提供了内存管理、垃圾回收、安全性以及性能优化等。

2、JVM的组成

JVM 的架构可分为类加载子系统、运行时数据区、执行引擎、本地方法接口四大核心模块，各模块协同工作完成字节码的加载、执行和资源管理。

二、类加载机制

1、概述

Java 的类加载机制是 JVM 将 .class 字节码文件加载到内存中，并对数据进行校验、转换解析、初始化，最终形成可直接使用的 Java 类型的过程。

2、类的生命周期

3、类的加载过程

类加载过程主要包括:加载、验证、准备、解析、初始化，五个阶段。

a、加载

该阶段主要是通过类的完全限定名获取类的二进制字节流，并生成一个代表该类的Class对象，并将其保存在元空间中。

字节码来源：
- 本地文件系统（.class 文件）；
- 网络（如 Applet 从网络加载）；
- 动态生成（如 JavaCompiler 动态编译、CGLib 动态代理生成字节码）；
- 归档文件（如 JAR、WAR 包）；
- 数据库或其他数据源。

b、验证

该阶段主要验证class文件中的字节流包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

c、准备

该阶段是在元空间中为静态变量分配内存，并设置其默认初始值（非显示赋值）。

d、解析

该阶段只要是将常量池中的符号引用替换为直接引用。

e、初始化

该阶段为类加载的最后一步，由<clinit>()编译器自动收集类中所有类变量的赋值和静态代码块中的语句，进行排序并执行。

4、类加载的时机

在 Java 中，类的加载时机由 JVM 规范严格定义，主要分为主动引用和被动引用两种情况。主动引用会触发类的初始化（初始化前的加载、验证、准备阶段会自动触发），而被动引用不会触发初始化。

a、主动引用

new() 创建类的实例

当使用 new 关键字创建类的对象时，类会被初始化。

public class demo01 {public static void main(String[] args) {// 触发 MyClass 初始化MyClass obj = new MyClass();}
}
class MyClass {static {System.out.println("MyClass 初始化");}
}//结果：
MyClass 初始化

调用类的静态方法

当调用类的静态方法（static 方法）时，类会被初始化。

public class demo02 {public static void main(String[] args) {// 触发 Calculator 初始化int result = Calculator.add(1, 2);}
}
class Calculator {static {System.out.println("Calculator 初始化");}public static int add(int a, int b) {return a + b;}
}//结果：
Calculator 初始化

访问静态变量

当访问类的静态变量（static 变量）时，类会被初始化。

public class demo03 {public static void main(String[] args) {// 触发 Config 初始化int port = Config.PORT;System.out.println("======================");// 不触发 Config 初始化（直接从调用类的常量池获取值）int max = Config.MAX;System.out.println("main结束！！！");}
}class Config {static {System.out.println("Config 初始化");}public static int PORT = 8080; // 非 final 静态变量public static final int MAX= 100; // 编译期常量
}// 结果：
Config 初始化
======================
main结束！！！

反射调用

当使用反射newInstance()加载类时，类会被初始化。

public class demo04 {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {// 触发 MyClass 初始化Class cls = MyClass01.class;cls.newInstance();}
}
class MyClass01 {static {System.out.println("MyClass 初始化");}
}//结果：
MyClass 初始化

初始化子类

当初始化子类时，若父类尚未初始化，则会先触发父类的初始化。

public class demo05 {public static void main(String[] args) {// 触发 Parent 和 Child 依次初始化Child child = new Child();}
}
class Par {static {System.out.println("Parent 初始化");}
}
class Child extends Par {static {System.out.println("Child 初始化");}
}// 结果：
Parent 初始化
Child 初始化

b、被动引用

除主动引用外，所有引用类的方式都不会触发加载，称为被动引用。

创建数组

创建类的数组时，不会触发类的初始化

public class demo06 {public static void main(String[] args) {data01[] data = new data01[10];System.out.println("main函数结束！");}
}
class data01{static {System.out.println("data01被初始化");}
}//结果：
main函数结束！

通过子类引用父类的静态变量

子类引用父类的静态变量时，仅触发父类的初始化，子类不会被初始化。

public class demo07 {public static void main(String[] args) {// 仅触发 Parent 初始化，Child 不会初始化System.out.println(Child.value); // 输出 10}
}
class Parent {static {System.out.println("Parent 初始化");}public static int value = 10;
}
class Child extends Parent {static {System.out.println("Child 初始化");}
}//结果：
Parent 初始化
10