高级java每日一道面试题-2024年12月08日-JVM篇-什么是类加载器?

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面试官: 什么是类加载器?

在Java高级面试中，类加载器（ClassLoader）是一个重要的概念，它涉及到Java类的加载和初始化机制。以下是对类加载器的详细解释：

类加载器是Java虚拟机（JVM）提供的一种机制，用于将Java类的字节码（.class文件）从文件系统、网络或其他来源加载到内存中，并生成对应的Java类对象。它是Java程序运行时环境的一部分，负责动态加载和链接Java类。

Java中主要有以下几种类型的类加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：
- 也称为根类加载器，负责加载Java虚拟机的核心类库，如java.lang.Object等。
- 它通常是由本地代码实现的，不是Java类，因此无法被Java程序直接引用。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：
- 负责加载Java扩展类库，这些类库通常位于$JAVA_HOME/jre/lib/ext目录下。
- 它用于加载Java中比较通用的、但不是特别重要的类。
应用程序类加载器（Application ClassLoader）：
- 也称为系统类加载器或默认类加载器，负责加载应用程序的类路径（CLASSPATH）上的类。
- 它包括用户自定义的类、第三方Jar包中的类等。
自定义类加载器：
- 开发人员可以通过继承java.lang.ClassLoader类来实现自己的类加载器。
- 自定义类加载器可以灵活加载类，实现各种特定需求，如从网络下载类文件、解密等。

类加载器的工作原理可以概括为以下几个步骤：

加载：
- 通过一个类的全限定名（包括包名和类名）获取该类的二进制流。
- 将该二进制流中的静态存储结构转化为方法区（Method Area）的运行时数据结构。
- 在内存中生成该类的Class对象，作为该类的数据访问入口。
验证：
- 确保加载的类文件符合Java虚拟机规范，并且不会危害虚拟机自身的安全。
- 验证过程包括文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证等。
准备：
- 为类的静态变量（被static修饰的变量）分配内存，并设置默认初始化值。
- 这些内存将在方法区中进行分配。
- 注意，此阶段不分配类中的实例变量的内存，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。
解析：
- 将类中的符号引用转换为直接引用。
- 例如，如果类中调用了其他方法或类，则需要找到对应的类或方法，并将其符号引用替换为直接引用（如指针）。
初始化：
- 执行类的静态变量赋值以及静态代码块的初始化操作。
- 如果初始化一个类时，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。
- 初始化阶段才真正开始执行类中定义的Java程序代码。

加载（Loading）：查找并导入类或接口的二进制数据。
链接（Linking）
- 验证（Verification）：确保加载的类文件格式正确且符合规范。
- 准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存并设置默认值。
- 解析（Resolution）：将符号引用替换为直接引用。
初始化（Initialization）：执行类构造器<clinit>()方法，初始化静态变量和静态代码块。