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如何理解Java类装载机制？

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如何理解Java类装载机制？

Java虚拟机将类装载过程分为三个步骤：加载、链接、初始化。在程序运行过程中，类装载可以分为显式装载和隐式装载，其中显式装载是使用ClassLoader.loadClass()方法显式加载类，隐式装载是在执行程序时出现需要使用类的情况下自动进行加载。

加载

加载是指将类的.class文件读入内存，并在堆区中创建出Class对象的过程。Java虚拟机规范中定义了五种类加载器，分别为：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、System ClassLoader、自定义ClassLoader等。其中Bootstrap ClassLoader是最顶层的类加载器，负责加载系统核心类库，它不能被Java程序直接引用，而是由虚拟机自动加载。

链接

链接分为验证、准备、解析三个过程。

  • 验证：验证阶段，会验证类的字节码是否符合Java虚拟机规范。
  • 准备：准备阶段，会为静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。
  • 解析：解析阶段，会将符号引用转换为实际引用。静态绑定和动态绑定就是解析的不同表现。

初始化

初始化阶段，会执行静态变量赋值语句和静态代码块中的代码（静态方法也会被执行和主动调用类中的语句），代表着类的真正实现。

示例1

public class Example01 {
    static int num = 0;
    static {
        num = 10;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("value of num variable: " + num);
    }
}

在初始化Example01类时，会先执行静态块中的代码，将num变量的值赋为10，然后在main函数中输出num的值，输出结果如下：

value of num variable: 10

示例2

public class Example02 {
    static int num = 0;
    static {
        num = 10 / 0;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("value of num variable: " + num);
    }
}

在初始化Example02类时，会执行静态块中的代码，此处除数为0会导致代码报错，运行结果如下：

Exception in thread "main" java.lang.ExceptionInInitializerError
Caused by: java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at com.example.Example02.<clinit>(Example02.java:4)

由于在静态初始化中出现异常，导致Example02类的初始化被阻塞，最终造成访问Example02类的异常。

总结

类装载机制是Java程序运行的重要基础，理解它有助于我们更好的理解Java程序运行的原理。同时，我们可以通过ClassLoader来加载自己的.class文件，达到一些自定义的类加载机制，提高程序效率和安全性。

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