类加载

[[Klass指针和Mark Word]]

在 Java 虚拟机（JVM，基于 HotSpot 实现）中，.class 文件的加载过程涉及将类的字节码加载到内存中，并将其转换为 JVM 内部可用的数据结构。以下是 .class 文件加载位置及过程的清晰说明：

.class 文件加载到哪里？¶

.class 文件在加载时，其内容主要被存储在 方法区（Method Area）（JDK 1.8 之前）或 元空间（Metaspace）（JDK 1.8 及之后）。具体来说：

1. 存储位置：

   • 方法区/元空间：.class 文件的字节码被解析后，转换为 JVM 内部的运行时数据结构，存储在方法区（JDK 1.7 及之前称为永久代，PermGen）或元空间（JDK 1.8 及之后）。这些数据包括：
     • 类的元数据（如类名、父类、接口、方法表、字段表等）。
     • 常量池（包含字面量、符号引用等）。
     • 静态变量（类变量）。
     • 即时编译器（JIT）编译后的代码缓存。
   • 元空间的特点（JDK 1.8 及之后）：
     • 元空间使用本地内存（Native Memory），而不是 JVM 堆内存，因此不再受限于 -XX:MaxPermSize 参数，而是由系统可用内存决定。
     • 元空间由 JVM 的元空间虚拟机管理，采用组块分配（chunk allocation）方式，动态分配和回收内存。

   • 加载过程：
     根据 JVM 规范，.class 文件加载是类加载过程的第一步（Loading），主要包括以下步骤：

   • 获取字节流：JVM 通过类加载器（如 Bootstrap ClassLoader 或自定义类加载器）读取 .class 文件的二进制字节流（可以来自文件系统、JAR 文件、网络等）。

   • 转换数据结构：将字节流代表的静态存储结构（即 .class 文件格式）转换为方法区/元空间的运行时数据结构，生成一个 Klass 对象（JVM 内部的 C++ 对象，用于表示类的元数据）。
   • 创建 Class 对象：在堆内存中生成一个 java.lang.Class 实例，作为方法区/元空间中类数据的访问入口。这个 Class 对象存储在 Java 堆中，供 Java 代码通过反射访问。

   • 内存布局：

   • 方法区/元空间：存储类的元数据（Klass 对象）、常量池、静态变量等。

   • 堆内存：存储 java.lang.Class 实例，堆中的每个对象通过对象头的 Klass 指针 关联到方法区/元空间中的 Klass 对象。
   • 运行时常量池：.class 文件中的常量池（Constant Pool）会被解析为运行时常量池，存储在方法区/元空间（JDK 1.7 及之前）或部分迁移到堆内存（JDK 1.7 开始，字符串常量池和静态变量移至堆）。