***Java虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、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，这个过程被称作虚拟机的类加载机制。***与那些在编译时需要进行连接的语言不同，在Java语言里面，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的，这种策略让Java语言进行提前的编译会面临额外的困难，也会让类加载时稍微增加一些性能开销，但是却为Java应用提供了极高的扩展性和灵活性，Java天生可以动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。
一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历***加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）***七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接（Linking）。如图： 上图中，加载、验证、准备、初始化和卸载这个五个阶段的顺序是确定的，类型的加载过程必须按照这种顺序按部就班开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）。 关于在什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段“加载”，《Java虚拟机规范》中并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来把握。但是对于初始化阶段，《Java虚拟机规范》则是严格规定了有且只有六种情况必须立即对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在这之前开始）：
遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类型没有进行过初始化，则需要首先触发其初始化阶段。能够生成这四条指令的典型Java代码场景有：
使用new关键字实例化对象的时候。 读取或设置一个类型的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候。 调用一个类型的静态方法的时候。
使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用的时候，如果类型没有进行过初始化，则需要首先触发其初始化。
当初始化类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要首先处罚其父类的初始化。
当虚拟机启动时，用户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类。
当使用JDK7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后解析的结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个句柄对应的类没有进行过初始化，则首先需要触发其初始化。
当一个接口中定义了JDK8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前初始化。
对于这六种会触发类型进行初始化的场景，《Java虚拟机规范》中使用了一个非常强烈的限定语——“有且只有”，这六种场景的行为被称为对一个类型进行主动引用。除此之外，所有的引用类型的方式都不会触发其初始化，称为被动引用。
“加载”（Loading）阶段是整个“类加载”（Class Loading）过程中的一个阶段。在加载阶段，Java虚拟机需要完成以下三件事情：
通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区运行时数据结构。在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区对这个类的各种数据的访问入口。加载阶段结束后，Java虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机设定的格式存储在方法区中了，方法区中的数据存储格式完全由虚拟机实现自定义，《Java虚拟机规范》未规定此区域具体的数据结构。类型数据妥善安置在方法区后，会在Java堆内存中实例化一个java.lang.Class类的对象，这个对象将作为程序访问方法区中的类型数据的外部接口。 加载阶段与连接阶段的部分动作（如一部分字节码文件格式验证动作）是交叉进行的，加载阶段尚未完成，连接阶段可能已经开始，但这些夹杂在加载阶段之中进行的动作，仍然属于连接阶段的一部分，这两个阶段的开始时间任然保持着固定的先后顺序。
验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是确保Class文件的字节流信息中包含的信息符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求，保证这些信息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。从整体上看，验证阶段大致上会完成下面四个阶段的校验动作：
文件格式校验 第一阶段要验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。
元数据验证 第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合《Java语言规范》的要求。
字节码验证 第三阶段是整个验证过程中最复杂的一个阶段，主要目的是通过数据流分析和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
符号引用验证 最后一个阶段的校验行为发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段——解析阶段中发生。
准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段，从概念上讲，这些变量所使用的内存都应当在方法区中进行分配，但必须注意到方法区本身是一个逻辑上的概念，JDK7及以前HotSpot使用永久代实现方法区时，实现是完全符合这种逻辑概念的；而在JDK8及之后，类变量则会随着Class对象一起放在Java堆中，这时候“类变量在方法区”就完全是一种对逻辑概念的表述了。 关于准备阶段，还有两个容易让人产生混淆的概念，首先是这时候进行内存分配的仅包括类变量，而不是包括实例变量，实例变量将会在对象实例初始化时随着对象一起分在Java堆中。其次是这里所说的初始值通常情况下就是数据类型的零值，假设一类的变量定义为：
public static int value = 123;那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123，因为这是尚未开始执行任何Java方法，二八value赋值为123的putstatic指令时程序编译后，存放于类构造器 clinit()方法之中，所以把value赋值为123的动作要到类的初始化阶段才会被执行。表 1-1 列出了Java中所有基本数据类型的零值。 上面提到在“通常情况”下初始值是零值，那会有某些“特殊情况”：如果类字段的字段属性表存在Constant Value 属性，那再准备阶段变量值就会被初始化为ConstantValue属性所指定的初始值，假设上面类变量value定义修改为：
public static final int value = 123;编译时Javac会将为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为123。
解析阶段是Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
符号引用（Symbolic References）：符号引用以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，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。 直接引用（Direci References）：直接引用就是可以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。《Java虚拟机规范》之中并未规定解析阶段发生的具体时间，只要求了在执行anewarray、checkcast、getfield、getstatic、instanceof、invokedynamic、invokeinterface、invokespecial、invokestatic、invokevirtual、ldc、ldc_w、ldc2_w、multianewarray、new、putfield和putstatic这17个用于操作符号引用的字节码指令之前，先对它们所使用的符号引用进行解析。
类的初始化阶段是类加载过程的最后一个步骤，之前的几个类加载动作，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器的方式局部参与外，其余动作而安全由Java虚拟机来主导控制。直到初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主动权移交给应用程序。 进行准备阶段时，变量已经赋过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段，则会根据程序员通过编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。也可以用另一种更直接的形式来表达：初始化阶段就是执行类构造器 clinit ()方法的过程。clinit()方法并不是程序员在代码中直接编写的方法，它是Javac编译期的自动生成物，我们看一下它是怎么产生的，以及clinit() 方法执行过程中的一些细节：
clinit() 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（static{}块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，静态语句块可以赋值，但是不能访问，如代码： public class Test { static { // 给变量赋值可以正常编译通过 i = 0; // 这句编译器会提示“非法向前引用” System.out.print(i); } static int i = 1; } clinit() 方法与类的构造函数（即在虚拟机视角中的实力构造器 init() 方法）不同，它不需要显示地调用父类构造器，Java虚拟机会保证在子类的 clinit(）方法执行前，父类的 clinit() 方法已经执行完毕。因此在Java虚拟机中第一个被执行的 clinit() 方法肯定是java.lang.Object。 由于父类的 clinit() 方法先执行，也就意味这父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作，例如在下面代码中字段B的值将会是2而不是1。 static class Prent { public static int A = 1; static { A = 2; } } static class Sub extends Parent { public static int B = A; } public static void main(String[] args) { System.out.print(B); }clinit() 方法对于类或者接口来说并不是必需的，如果一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成clinit() 方法。
接口中不能使用静态语句块，任然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成 clinit() 方法。但接口与类不同的是，执行接口的 clinit() 方法不需要先执行父接口的 clinit() 方法，因为只有当父类接口中定义的变量被使用时，父类接口才会被初始化。此外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的 clinit() 方法。
Java虚拟机必须保证一个类的 clinit() 方法在多线程环境中被正确的加锁同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有其中一个线程去执行这个类的 clinit() 方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行完毕。如果一个类的 clinit() 方法中有很耗时的操作，那就可能造成多个进程阻塞。1
Java虚拟机设计团队有意把类加载阶段中的 “通过一个类的全限定名来获取描述该类的二进制字节流” 这个动作放到Java虚拟机外部实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需的类。实现这个动作的代码被称为 “类加载器”（Class Loader）。
对于任意一个类，都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的命名空间。更通俗地将：比较两个类是否“相等”，只有这个两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一Class文件，被同一个Java虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，按这两个类就必定不相等。 这里的“相等”，包括代表类的Class对象的 equals() 方法、isAssignableFrom() 方法、isInstance() 方法的返回结果，也包括了使用 instanceof 关键字做对象所属关系判定等各种情况。如下代码演示了不同的类加载器对 instanof 关键字运算结果的影响。
/** * 类加载器与 instanceof 关键字演示 */ public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { ClassLoader myLoader = new ClassLoader() { @Override public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { try { String fileName = name.subString(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class"; InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName); if (is == null) { return super.loadClass(name); } byte[] b = new byte[is.available]; is.read(b); return defineClass(name, b, 0, b.length); } catch (IOException) { throw new ClassNotFoundException(name); } } }; Object obj = myLoader.loadClass("org.test.classloading.ClassLoaderTest").newInstance(); System.out.println(obj.getClass()); System.out.println(obj instanceof org.test.classloading.ClassLoaderTest); } }站在Java虚拟机的角度来看，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分；另一种就是其他所有的类加载器，这些类加载器都有Java语言实现，独立存在虚拟机外，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoder。 自JDK1.2以来，Java一直保持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构（这里针对JDK8及之前版本来介绍三层类加载器和双亲委派模型）。
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载存放在目录JAVA_HOME\lib目录，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中存放的，而且是Java虚拟机能够识别的（按照文件名识别，如rt.jar、tools.jar，名字不符合类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机的内存中。 扩展类加载器（Ectension Class Loader）：这个类加载器是在类sun.misc.Launcher$ExtClassLoader中以Java代码实现的，它负责加载JAVA_HOME\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库 。 应用程序类加载器（Application Class Loader）：这个类加载器是由sun.misc.Launcher$AppClass-Loader来实现。由于应用程序类加载器是ClassLoader类中的getSystemClassLoader() 方法的返回值，所以有些场合称它为“系统类加载器”。它负责加载用户类路径（ClassPath）上的所有类库，开发者同样可以在代码中直接使用这个类加载器。 Java 9 之前的Java应用都是由这三种类加载器相互配合来完成加载的，这些类加载器之前的协作关系如图： 图中展示的各种类加载器之间的层次关系被称为类加载器的“双亲委派模型（Parents Delegation Model）”。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应该有自己的父类加载器。不过这里的类加载器之间的父子关系一般不是以继承（Inheritance）的关系来实现的，而是通常使用组合（Composition）关系来服用父加载器的代码。 双亲委派模型的工作过程：如果一个类加载器收到了类加载请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，没一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。 使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，一个显而易见的好处就是Java中的类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，无论哪一个类加载器加载到这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object在程序的各种类加载器环境中都能保证是同一个类。 双亲委派的模型对保证Java程序文档运行极为重要，它的实现代码全部集中在java.lang.ClassLoader的loadClass() 方法： peotected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundExceotion { // 首先，检查请求的类是否已经被加载了 Class c = findLoadedClass(name); if (c == null) { try { if (parent != null) { c = parent.loadClass(name,false); } else { c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch { // 如果父类加载器抛出ClassNotFoundException // 说明父类加载器无法完成记载请求 } if (c == null) { // 在父类加载器无法加载时 再调用本身的findClass方法来进行加载 c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; }从代码逻辑可以看出：先检查请求加载的类型是否已经被加载过，若没有则调用父类加载器的loadClass方法，若父类加载器为空则默认是要启动类加载器作为父加载器。假如父类加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException 异常的话，才调用自己的loadClass方法进行加载。
需要注意，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行 clinit() 方法的那条线程推出方法后，其他的线程唤醒后则不会再次进入 clinit() 方法。同一个类加载器下，一个类型只会被初始化一次。 ↩︎
