类加载机制、生命周期、类加载器层次、JVM的类加载方式
我理解 Java 的类加载机制，其实是 JVM 在运行时动态地将 .class 字节码文件加载到内存，
并完成从“字节码”到“可执行 Java 类”的完整生命周期。
这个过程体现了 Java 语言动态性的底层基础，也是热替换、反射、SPI 机制的关键。
一、类加载的生命周期（Class Life Cycle）
JVM 从一个类被首次主动使用，到成为可执行状态，会经历 五个核心阶段：
加载（Loading）
→ 验证（Verification）
→ 准备（Preparation）
→ 解析（Resolution）
→ 初始化（Initialization）
（使用（Using））
（卸载（Unloading））
下面按顺序讲清楚每个步骤的作用 👇
1️⃣ 加载（Loading）
JVM 做三件事：
- 通过类加载器查找字节码文件
可能来自：- 磁盘
.class - JAR 包
- 网络（RMI）
- 动态生成（如 CGLIB、ASM）
- 磁盘
- 将字节码读取到内存
- 创建 Class 对象
在方法区（JDK8之后是元空间）中为该类创建一个Class对象。
Class 对象是反射的基础。
2️⃣ 验证（Verification）
确保字节码是合法的、没有被篡改。
包括：
- 文件格式验证
- 元数据验证（父类是否存在、是否继承正确）
- 字节码验证（指令合法）
- 符号引用验证
这是安全性最强的一步，用来防止非法字节码攻击。
3️⃣ 准备（Preparation）
给**类变量（static变量）**分配内存，并赋默认值。
⚠️ 注意：
- 不是 static 代码块！
- 不是 static 的显示初始化！
示例：
public static int a = 10;
准备阶段只会执行：
a = 0;
4️⃣ 解析（Resolution）
将常量池中的各种符号引用（Symbolic Reference）替换为直接引用（Direct Reference）。
比如：
- 类名 → 指向具体类的引用
- 字段名 → 指向字段偏移量
- 方法名 → 指向具体方法表
该阶段可能在运行时才进行，是动态链接的重要部分。
5️⃣ 初始化（Initialization）
真正执行 static 代码和 static 变量显式赋值的阶段。
示例：
public static int a = 10;
static { a = 20; }
初始化阶段的执行顺序就是 JVM 构建 <clinit> 方法的过程。
二、类加载器的层次结构（ClassLoader Hierarchy）
Java 类加载器采用双亲委派模型（Parent Delegation Model），层次如下：
Bootstrap ClassLoader（C++实现，没有Class对象）
↓
Extension ClassLoader（Java）
↓
System/App ClassLoader（Java）
↓
User-defined ClassLoader（用户自定义）
1️⃣ Bootstrap ClassLoader
- 用 C++ 实现
- 加载 rt.jar 中的核心类（如 java.lang.*）
2️⃣ ExtClassLoader（扩展类加载器）
- 加载
JAVA_HOME/lib/ext/*.jar
3️⃣ AppClassLoader（应用类加载器）
- 加载 classpath 下的类
4️⃣ Custom ClassLoader（自定义）
常用于：
- Tomcat / Spring 的模块隔离
- SPI
- 加密类加载
三、双亲委派机制（Parent Delegation）
核心思想：
自底向上请求，自顶向下加载。
流程：
- 子加载器收到类加载请求；
- 委托给父加载器；
- 父加载器找不到才由子加载器加载。
好处：
- 防止重复加载
- 保证核心 API 的安全性（你不能伪造 java.lang.String）
四、JVM 的三种主要类加载机制
你可以这样总结：
Java 的类加载机制是“按需加载 + 动态链接 + 可替换”。
主要有三种：
1️⃣ 隐式加载（最常见）
由 JVM 自动触发，例如：
- new 对象
- 调用静态方法
- 调用静态字段
- 反射使用类
- 子类初始化前必定初始化父类
2️⃣ 显式加载
代码中主动调用：
Class.forName("com.demo.User");
ClassLoader.loadClass("com.demo.User");
区别：
| 方法 | 是否会初始化类 |
|---|---|
| Class.forName | 会执行初始化（执行 static 代码块） |
| ClassLoader.loadClass | 只加载，不初始化 |
3️⃣ 自定义类加载器
重写 findClass()。
常用于：
- Tomcat WebApp 模块隔离
- 热部署（OSGi）
- 加密 class 加载
- 插件化框架
五、类加载器破坏双亲委派的场景
可额外加分：
- JDBC SPI（使用了线程上下文类加载器）
- Tomcat 自定义隔离类加载机制
- OSGi 多版本模块加载
- JNDI、ServiceLoader
六、个人理解总结（重点提升面试亮点）
我觉得类加载机制背后体现的是 Java “运行期动态行为”的能力。
双亲委派保证安全性，生命周期保证加载正确性，自定义类加载器保证扩展性。
这套机制是 Java 容器（Tomcat、Spring Boot 热更新、插件框架等）的底层基础。
✅ 一句话总结：
Java 的类加载机制由“加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化”构成，
通过双亲委派模型保证安全性，
通过三种加载方式保证灵活性，
是整个 JVM 动态能力的核心基础。