类加载

人生就象打橄榄球一样，不能犯规，也不要闪避球，而应向底线冲过去。- 罗斯福

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、解析和初始化，最终形成能被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

类加载的过程

类从被加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，整个生命周期包括：加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段。其中验证、准备、解析三个阶段统称为连接(Linking)。

类加载的顺序

其中加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，而解析阶段则不一定：在某些情况下可以在初始化阶段之后再执行，这是为了支持Java语言的运行时绑定。在初始化阶段，虚拟机规定以下几种情况必须立即对类进行初始化：

• 遇到new、getstatic、putstatic和invokestatic这4条字节码指令时，若类没有进行初始化，则需要先进行初始化。生成这4条字节码指令的场景分别是：使用new实例化对象、读取或设置一个类的静态字段(被final修饰，已在编译期把结果放入常量池字段除外)、以及调用一个类的静态方法。
• 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时，若类没有进行初始化，则需要先进行初始化。
• 当初始化一个类时，若其父类还未进行初始化，则先初始化其父类。
• 当虚拟机启动时，用户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。
• 当使用JDK 1.7的动态语言时，如果一个java.lang.reflect.Methodhandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄。若这个句柄所对应的类未进行初始化，则需要先进行初始化。

接口的加载过程与类的加载过程稍有不同，主要体现在第三点：一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有在真正使用到父接口时才会初始化（如引用接口定义的常量）。

下面对各个阶段进行详解。

加载

在加载阶段，虚拟机主要完成以下3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。
  3) 在内存生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的数据访问入口。

验证

这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求。验证阶段大致包含以下几个阶段：

1 文件格式验证
  这个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。可能包含以下验证点：
  （一） 是否以魔数0xCAFEBABE开头。
  （二） 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围内。
  （三） 常量池中的常量中是否有不被支持的常量类型
  （四） Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息

实际上，该阶段的验证点远不止上面这些，上面的只是其中的一小部分

只有通过了这个阶段的验证后，字节流才会进入内存的方法区中进行存储。所以后面的阶段全部是基于方法区的存储结构，不会直接操作字节流。

2 元数据验证
  该阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其符合Java语言规范的要求。可能包含以下验证点：
  （一） 这个类是否继承了不允许被继承的类（被final修饰的类）。
  （二） 如果不是抽象类，是否实现了其父类或接口中要求实现的所有方法。
  （三） 类中的字段、方法是否与父类矛盾

3 字节码验证
  该阶段主要目的是程序语义是合法的、符合逻辑的。这个阶段对类的方法体进行校验分析。如：
  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是有效的。

4 符号引用验证
  该阶段发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用时。符号引用是对类自身以外的信息进行校验。通常需要校验以下内容：
  （一） 符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类
  （二） 符号引用中的类、字段、方法的访问性是否可被当前类访问。
  （三） 在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段。
  若符号引用验证未通过，那么将抛出如java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchMethod、java.lang.IllegalAccessError等异常。

准备

准备阶段是为类变量分配内存并设置类变量初始值，这些变量所使用的内存都在方法区中分配。值得注意的是，这里仅包含类变量（被static修饰的变量），而不包含实例变量，实例变量会在对象实例化时随对象一起分配在Java堆中。其次，这里所说的初始值，通常情况下是数据类型的零值。如：
  public static int i = 123;那变量i在准备阶段后的初始值是0，而不是123。
  如果类变量同时也被final修饰，那在准备阶段就会被初始化为变量所指定的值。如：
  public static final int i = 123;那变量i在准备阶段后的初始值是123。

解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
  直接引用可以是直接指向目标的指针，相对偏移量或能间接定位到目标的句柄。
  解析主要分4种类型：类或接口的解析、字段解析、类方法解析和接口方法的解析。

初始化

初始化阶段是类加载过程的最后一步，前面的类加载过程中，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余全由虚拟机主导。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。
  初始化阶段是执行类构造器<clinit>方法的过程。

• <clinit>方法是由编译器自动收集类中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，编译器收集的顺序由在源文件出现的顺序决定。静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在之后的变量，可以赋值，但不能访问。
• <clinit>方法与类的构造函数不同，它不需要显示的调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的<clinit>方法执行之前，父类的<clinit>方法已经执行完毕。
• 由于父类的<clinit>方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优于子类的变量赋值。

static class Parent {
       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.println(Sub.B);
}

执行后，字段B的值为2.

• <clinit>方法对于类或接口并不是必需的，若一个类中没有静态语句块，也没有堆变量赋值代码，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>方法。
• 接口与类一样，都会生成<clinit>方法，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，只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。另外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<clinit>方法。