前言： 上文介绍了Java类文件结构，Java Class文件需要加载到虚拟机中才能使用、运行。 虚拟机的类加载机制用于加载Class文件到内存，并对Class文件中的数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型。Java中的类型的加载、连接和初始化都是在程序运行期间完成的，为Java应用程序提供高度的灵活性。
一、 类加载时机
Java中类的生命周期
上图中，类的加载、验证、准备、初始化和卸载阶段的顺序是确定的，解析阶段在某些情况下可以在初始化之后再开始。其它阶段通常会互相交叉地混合式进行。
虚拟机规范没有强制规定何时进行加载。但是严格定义了有且只有5中情况必须立即对类进行初始化，因此初始化之前的阶段自然而然地需要进行。
1） 遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
2）使用反射时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发器初始化。
3）当初始化一个类时，其父类没有初始化，则需要先触发其父类的初始化。
4）当虚拟机启动时， 用于需要指定一个要执行的主类（包含main方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
5）当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
以上5种方式称为主动引用。除此之外，所有引用类的方法都不会触发初始化，成为被动引用：
1） 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。是否会触发子类的加载和验证，取决于具体的虚拟机实现。
2） 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化(Object[] obj = new Object[10];)
3) 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发常量的类的初始化
接口的加载过程和类的加载过程有些不同。 接口和类正在的区别在于，当一个类初始化时，要求其父类全部已经初始化，但接口在初始化时，并不要求其父接口全部已经初始化过了。只有在真正使用到父接口时才会初始化。
二、 类加载过程
---- 加载
加载是类加载过程的第一个阶段，这个阶段虚拟机完成以下三件事：
1) 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
2）将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3） 在内存中生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区这个类的各种数据结构的访问入口。
虚拟机规范对于以上3点要求没有具体规定。 例如：通过类的全限定名称加载此类的二进制字节流，可以从不同源来加载。 对于非数组类的加载，可以使用系统提供的引导类加载器来完成，也可以使用用户自定义的类加载器完成。数组类本身不通过类加载器创建，由Java虚拟机直接创建。但是数组类的元素类型最终还是要靠类加载器加载的。
加载阶段完成后，二进制流安装虚拟机所需的格式存储在方法区之中，方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自行定义。然后再内存中实例化一个Class类对象。对于HotSpot虚拟机而言，Class对象存储再方法区中。这个对象将作为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。
---- 验证
验证阶段是连接阶段的第一步，目的是确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身安全。由于字节流的来源繁多，如果虚拟机不进行检查输入的字节流的话，很可能因为载入了有害的字节流而导致系统崩溃。所以验证阶段是很重要的。从整体上看，有如下4个阶段的检验动作：
1） 文件格式验证
此阶段的目的是验证字节流是否符合Class文件格式规范，并且能被当前虚拟机处理。验证包含：魔数是否以0xCAFEBABE开头、主、次版本号是否再当前虚拟机处理范围之内、常量池的常量中是否有不被支持的常量类型、指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或者不符合类型的常量等等。。。 此阶段的验证是基于二进制字节流，通过了这个阶段，字节流才会进入到内存的方法区中进行存储，后面的三个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的。
2） 元数据验证
这个阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，保证其描述的信息符合Java语言规范。包括：此类是否有父类、此类的父类是否继承了不允许被继承的类、此类是否实现了父类或接口中的方法等等Java语言规范。
3） 字节码验证
此阶段是验证过程中最复杂的一个阶段，主要目的是通过数据流和控制流分析，确定语义是否合法的、符合逻辑的。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后，这个阶段将对类的方法体进行校验分析，保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件： 保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上、保证方法体中的类型转换有效。
由于数据流验证的高复杂性，jdk1.6之后的javac编译器和Java虚拟机中进行了一项优化，在方法的Code属性表中增加了一项StackMapTable属性，将字节码验证的类型推导转变为类型检查。jdk1.7后类型检查来完成数据流分析变成了唯一选择了。
4） 符号引用校验
最后一个阶段发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用时，这个转换动作将在连接的第三个阶段-解析阶段发生。校验内容： 符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对于的类符号引用中的类、字段、方法的访问性是否可悲当前类访问。。。
符号引用验证目的是确保解析动作能正常执行。
---- 准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这个阶段进行的内存分配仅包含类变量，不包含实例变量。这里的初始值值得是数据类型的零值。 如： public static int value = 123; 那么此阶段的初始值是0，不是123。赋值操作在类构造器<cinit>方法中。如果是public static final int value = 123, 那么此时的赋值就是123。
---- 解析
有上述发符号引用校验后，能保证解析阶段的正常执行，此阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换成直接引用的过程。
1） 符号引用： 是一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要可以无歧义的定位到目标即可。符号引用和虚拟机布局无关，引用的目标不一定已经加载到内存中。
2） 直接引用： 直接用于可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用和虚拟机实现的内存布局相关，如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。
在执行anewarray、checkcast、getfield、getstatic等16个用于操作符号引用的字节码指令之前，先对他们所使用的符号引用进行解析。
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。下面介绍前4种引用的解析过程。后3种与jdk1.7的动态语言相关。后三种下一篇文章中会介绍。
1） 类或接口解析
当前代码处于类为D，要把一个为解析过的符号引用N解析为一个类或者接口C的直接引用：
a. 如果C不是数组，虚拟机会把代表N的权限定名传给D的类加载器去加载类C。加载过程中以上阶段需要的还是需要。
b. 如果C是数组，并且数组的元素类型是对象，即N类似“[Ljava/lang/Integer”的形式，将会按照第一点规则加载数组元素类型。否则由虚拟机生成一个代表此数组维度和数组对象。
c. 如果上述步骤正常，那么C在虚拟机中实际上成为一个有效的类或接口。但在解析完成之前，还需要确认D是否具备对C的访问权限。
2） 字段解析
首先会对字段表内class_index项的索引的CONSTANT_Class_info符号引用进行解析，即字段所属的类或接口的符号引用。如果这个过程出现异常，那么失败。如果成功，那么这个字段属于类或接口C表示，虚拟机进行对C进行后续字段的搜索：
a. 如果C本身包含这个字段，返回直接引用，结束
b. 否则， 如果C实现了接口，则从下往上递归搜索各个接口和他的父接口，有则返回，结束。
c. 否则， 如果C不是Object, 搜索父类。 有则返回直接引用。
d. 否则， 出错。 抛出NoSuchFielsError异常。
如果成功返回了，会对这个字段进行权限验证。 如果一个同名的字段同时出现在C的接口和父类中，或者同时出现在自己或者父类的多个接口中出现，编译器是拒绝的。
3） 类方法解析
第一个步骤与字段一样，先解析出此方法所属的类或者接口C:
a. 如果C是个接口，直接抛出异常。
b. 否则，在类中查找是否有匹配的方法，有则返回直接引用，结束
c. 否则，在C的父类中递归查找。 有则返回直接引用，结束
d. 否则，在C的接口列表中查找，如果有匹配的方法，说明类C是一个抽象类，查找结束，抛出异常。
f. 否则， 查找失败， 抛出NoSuchMethodError异常。
同样，如果返回了直接引用，也需要进行权限检查。
4） 接口方法解析
同样，与类方法一样要解析出接口方法所属的接口。
a. 如果C是个类而不是接口，抛出异常。
b. 否则， 在接口C中查找是否有匹配方法， 有则返回直接引用，结束
c. 否则，在父接口中查找， 有则返回直接引用，结束
d. 否则失败 抛出NoSuchMethodError异常。
接口中的方法都是public。
---- 初始化
类初始化时类加载过程的最后一步，前面的加载过程，处理用户可以自定义类加载器外，其余动作都是由虚拟机主导和控制的。 到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。
在准备阶段，变量已经赋过系统要求的初始值，在初始化阶段，根据程序员程序指定的主观计划去初始化类变量和其它资源，即初始化阶段是执行类构造器<cinit>()方法的过程。
a. <cinit>方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块中的语句合并产生的。静态语句块只能访问到定义在静态语句块变量之前的变量，定义在他之后的变量，静态语句块可以赋值但不能访问。
b. <cinit>方法与构造函数不同，他不需要显示调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的<cinit>方法执行之前，父类的<cinit>方法已经执行完毕。
c. 父类的<cinit>方法先执行，意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作。
d. <cinit>方法对于类或者接口并不是必须的。 编译器可以不生成这个方法
e. 接口中不能使用静态语句块。但仍然由变量初始化的赋值操作，接口和类一样，都会生成此方法。当接口执行<cinit>时，不需要先执行父接口的<cinit>方法。
f. 虚拟机保证一个类的<cinit>方法在多线程环境中被正确的加锁、同步。
三、 类加载器
虚拟机设计团队将类加载阶段中“通过一个类下全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为类加载器。
对于任意一个类，都需要由加载他的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器都有一个独立的类名称空间。即： 比较两个类是否相等，只有这两个类是同一个类加载器加载的前提下才有意义。否则即使这两个类来自同一个Class文件，只要加载他们的类加载器不同，那么这两个类也不相等。
---- 双亲委派模型
从虚拟机角度看，只有两类类加载器： 启动类加载器，其它的类加载器。
从开发人员来看，由以下3种：
1）启动类加载器： 这个加载器负责将$JAVA_HOME/lib目录种的或者被-Xbootclasspath参数指定的路径中，并且是虚拟机识别的类加载库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用。如果编写自定义的类加载器，需要请求其加载器，直接用null代替（双亲委派模型， 或向上查找）。
2） 扩展类加载器： 此加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，负责加载$JAVA_HOME/lib/etc目录中的或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用这个。
3） 应用程序类加载器： 这个由sum.misc.Launcher$ApplicationClassLoder实现。由于这个类加载器是ClassLoade中的getSystemLoader()方法的返回值，所以也称为系统类加载器。 负责加载用户类路径上指定的类库。开发者可以直接使用这个。如果没有自定义的类加载器，一般使用的类加载器是这个。
类加载器的双亲委派模型：
双亲委派模型在Jdk1.2中引入。
其工作过程： 如果一个类加载器收到了类加载请求，他首先不会自己尝试加载这个类，把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此。只有当父类加载器反馈无法完成这个请求时，子加载器才会自己去尝试执行。
双亲委派模型保证了所有的Object类是同一个类。
---- 破坏双亲委派模型
双亲委派模型不是一个强制的模型，是Java设计者推荐给开发者的类加载器的实现方式。
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深入理接Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实现 读书笔记
