虚拟机把描述类的数据从Class文件加载道内存，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里，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，这种策略虽然会令类加载时稍微增加一些性能开销，但是会为Java应用程序提供高度的灵活性。

一、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：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3个部分统称为连接。

类的初始化

虚拟机规范严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化” (加载、验证、准备必须要在此前开始):

1) 使用new关键字实例化对象的时候，读取或设置一个类的静态字段的时候(被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)，以及调用一个类的静态方法的时候。(一个变量被final修饰且是编译时确定的。那么这个变量可称为宏变量。宏变量可以将 引用指向常量池)

2) 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，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(main class)，虚拟机会先初始化这个主类。

5) 当使用JDK_1.7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是REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

接口和类的初始化仅有一点不同，一个接口在初始化的时候并不要求其父接口全部完成了初始化，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。

类的被动引用

1) 对于静态字段，只有定义这个字段的类才会被初始化，因此通过子类来引用父类中定义的静态字段只会初始化其父类而非子类。

2) 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。SupperClass[] s = new SupperClass[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，因此不会触发定义常量的类的初始化。public static final String HELLO = "hello";

二、类加载的过程

加载

加载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java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

“通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流“没有指明二进制字节流要从哪里或怎样获取，并非一定从Class文件获取，许多Java技术都建立在这一基础之上：

1) 从ZIP包中读取(JAR、EAR、WAR)

2) 从网络中获取(Applet)

3) 运行时计算产生(动态代理技术)

4) 由其他文件生成(JSP文件生成对应的Class类)

5) 从数据库读取(比较少见，有些中间件服务器把程序安装到数据库来完成程序代码在集群间的分发)

加载阶段完成后，虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中。然后在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象(并没有明确规定是在Java堆中，对于Hotspot虚拟机而言，Class对象虽然是对象但是存放在方法区里面)，这个对象将作为程序访问方法区中这些类型数据的外部接口。

加载阶段与连接阶段的部分内容(如一部分字节码文件格式验证动作)是交叉进行的，但这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。

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。

1) 文件格式验证 (主要验证字节流是否符合Class文件格式的规范)

2) 元数据验证 (对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其符合Java语法要求，如final不能被重写等)

3) 字节码验证 (最复杂的阶段，保证校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件)

4) 符号引用验证 (符号引用中的类、字段、方法是否可被当前类访问，private, protected等)

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，这些变量使用的内存都将在方法区中进行分配。这时进行内存分配的仅包括类变量(static修饰的变量)而不包括实例变量，实例变量在Java堆中。这里的初始值是数据类型的零值(int为0)。但如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，则此变量值就会初始化为ConstantValue所指定的值(static final int)。

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。

符号引用(Symbolic References): 以一组符号来描述所引用的目标，符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标不一定已经加载到内存中。符号引用明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。

直接引用(Direct References): 与虚拟机实现的内存布局相关，可以是直接指向目标的指针、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，则引用目标必定已经在内存中存在。

初始化

类初始化阶段是类加载过程的最后一步，才真正开始执行类中定义的Java程序代码(或者说是字节码)。初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。

深入理解Java虚拟机- 学习笔记 - 虚拟机类加载机制