JVM类加载机制

        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，这就是虚拟机的类加载机制。在Java语言里，类型的加载和连接过程都是在程序运行期间完成的，这样会在类加载时稍微增加一些性能开销，但却能为java应用程序提供高度的灵活性，Java中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。

1、类加载的时机

        类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括了：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)，这个七个阶段的发生顺序如下图所示。

        加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段顺序是确定的，类加载过程必须按照这种顺序开始。但解析阶段则不一定，在某些特殊情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持运行时绑定(动态绑定)。JVM规范没有强行规定什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段：加载。但是对于初始化阶段，JVM规范则严格规定了有且仅有4种情况必须立即对类进行初始化(初始化之前，加载、验证、准备自然需要在此之前开始)：

       1）遇到new、getstatic、putstatic、或者invokestatic者4条指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生产4条指令的最常见Java代码场景是：使用new关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段，以及调用一个类的静态方法的时候。

      2）使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有初始化，则需要先触发其初始化。

      3）当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，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主类。

       这四种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外所有的引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

/** * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化 */public class SuperClass {static{System.out.println("SuperClass init!");}public static int value = 123;}public class SubClass extends SuperClass{static {System.out.println("SubClass init!");}}public class NotInitialization {/** * 非主动使用类字段演示 */public static void main(String[] args) {System.out.println(SubClass.value);}}

         上述代码运行后，只会输出"SuperClass init!"，对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此其子类来引用父类中的定义静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。

         接口的加载过程与类加载过程稍有一些不同：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父类接口全部都完成了初始化，只有在真正使用到父接口的时候(如引用接口中定义的常量)才会初始化。

2、类加载的过程

2.1、加载(Loading)
        加载(Loading)阶段是类加载过程的一个阶段，在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事：

       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）将这个字节流锁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Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口。

        类加载阶段既可以使用系统提供的类加载器来完成，也可以由用户自定义的类加载器去完成，开发人员可以通过定义自己的类加载器去控制字节流的获取方式。

2.2、验证

        验证是连接阶段的第一步，这个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。虚拟机对类验证的实现都会完成下面四个阶段的检验过程：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。

2.3、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，这些内存都在方法区中进行分配。这个阶段进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次这个阶段所分配的初始值通常情况下是数据类型的零值，加入一个类变量的定义如下：

public static int value = 123;

        那么变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后，存放在类构造器<clinit>()方法中，所以value赋值为123的动作将在初始化阶段才会被执行。

        但如果类变量被声明为final的静态变量，那么在准备阶段变量value就会初始化为所指定的值，假如上面的类变量定义如下：

public static final int value = 123;

在准备阶段虚拟机就会根据所指定的值将value赋值为123。

2.4、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用的过程。

2.5、初始化

        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，在前面的静态语句块中可以赋值，但是不能访问。<clinit>()方法与类的构造函数（实例构造器<init>()方法）不同，它不需要显式地调用父类构造器，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。因此在虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法的类肯定是java.lang.Object。

         <clinit>()方法对于类或接口来说并不是必须的，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。

         虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁和同步。如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有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<clinit>()方法完毕。