1.总览
如下图所示（图片来源于网路），JVM类加载机制分为五个部分：加载，验证，准备，解析，初始化，下面我们就分别来看一下这五个过程。
2.加载
如果一个类或者接口 C 不是数组类，那么 C 使用 类加载器 加载二进制表示，由于数组类不具有外部二进制表示形式，它们由 Java 虚拟机创建，而不是由类加载器创建。
加载是类加载过程中的一个阶段，这个阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从一个Class文件获取，这里既可以从ZIP包中读取（比如从jar包和war包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将JSP文件转换成对应的Class类）。
所做的3件事：
- 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流（并没有指明要从一个Class文件中获取，可以从其他渠道，譬如：网络、动态生成、数据库等）；
- 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；
- 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口；
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3.验证
验证是连接阶段的第一步，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，并且不会危害虚拟机自身的安全。
验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：
- 文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以魔术0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。
- 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如：这个类是否有父类，除了java.lang.Object之外。
- 字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
- 符号引用验证：确保解析动作能正确执行。
验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间
4.准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念，比如一个类变量定义为：
public static int v = 8080;
实际上变量v在准备阶段过后的初始值为0而不是8080，将v赋值为8080的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器<client>方法之中，这里我们后面会解释。
但是注意如果声明为：
public static final int v = 8080;
在编译阶段会为v生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机会根据ConstantValue属性将v赋值为8080。
5.解析
解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是class文件中的：
- CONSTANT_Class_info
- CONSTANT_Field_info
- CONSTANT_Method_info
等类型的常量。
下面我们解释一下符号引用和直接引用的概念：
- 符号引用与虚拟机实现的布局无关，引用的目标并不一定要已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
- 直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。
6.初始化
初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由JVM主导。到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的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的所有类变量的赋值动作和静态语句块static{}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所决定的，静态语句块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，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。
p.s: 如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。
<clinit>()方法与实例构造器<init>()方法不同，它不需要显示地调用父类构造器，虚拟机会保证在子类<clinit>()方法执行之前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕.
注意以下几种情况不会执行类初始化：
- 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
- 定义对象数组，不会触发该类的初始化。
- 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触发定义常量所在的类。
- 通过类名获取Class对象，不会触发类的初始化。
- 通过Class.forName加载指定类时，如果指定参数initialize为false时，也不会触发类初始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。
- 通过ClassLoader默认的loadClass方法，也不会触发初始化动作。
6.1 类加载器
虚拟机设计团队把加载动作放到JVM外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类，JVM提供了3种类加载器：
- 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：负责加载 JAVA_HOMElib 目录中的，或通过-Xbootclasspath参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如rt.jar）的类。
- 扩展类加载器(Extension ClassLoader)：负责加载 JAVA_HOMElibext 目录中的，或通过java.ext.dirs系统变量指定路径中的类库。
- 应用程序类加载器(Application ClassLoader)：负责加载用户路径（classpath）上的类库。
JVM通过 双亲委派模型 和 沙箱机制 进行类的加载，当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。
当一个类加载器收到类加载任务，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。
采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。
在有些情境中可能会出现要我们自己来实现一个类加载器的需求。我们直接看一下jdk8中的ClassLoader的源码实现：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
- 首先通过Class c = findLoadedClass(name);判断一个类是否已经被加载过。
- 如果没有被加载过执行if (c == null)中的程序，遵循双亲委派的模型，首先会通过递归从父加载器开始找，直到父类加载器是Bootstrap ClassLoader为止。
- 最后根据resolve的值，判断这个class是否需要解析。
而上面的findClass()的实现如下，直接抛出一个异常，并且方法是protected，很明显这是留给我们开发者自己去实现的。
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
7.练习
执行下面的代码后，输出什么呢？
package com.ycit;
/**
* @author chenxiaolei
* @date 2019/3/26
*/
public class StaticTest {
public static void main(String[] args)
{
staticFunction();
}
static StaticTest st = new StaticTest();
static
{
System.out.println("1");
}
{
System.out.println("2");
}
StaticTest()
{
System.out.println("3");
System.out.println("a="+a+",b="+b);
}
public static void staticFunction(){
System.out.println("4");
}
int a=110;
static int b =112;
}
正确答案：
2 3 a=110,b=0 1 4
解析：
按照上面对 类加载过程的解读，
准备阶段，为类变量赋值，这里是赋的是默认值，即 st = null，b=0；
初始化阶段，是执行类构造器<client>方法的过程。。<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{}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所决定的
- st = new StaticTest()
- static 代码块
- b = 112
先 new StaticTest()，对象的初始化是先初始化成员变量再执行构造方法，即，a = 100；> 然后 打印 2，> 然后构造函数中的 打印 3， a=100,b=0；>接着执行static 代码块，打印1；> 然后 b 赋值 12；最后执行函数，打印4；
一般按照下面的套用规则顺序，但是上面的 静态变量 是对象初始化，结果就不一样了。
- 父类的静态变量赋值
- 自身的静态变量赋值
- 父类成员变量赋值和父类块赋值
- 父类构造函数赋值
- 自身成员变量赋值和自身块赋值
- 自身构造函数赋值