虛擬機把描述類的數據從Class文件加載道內存，並對數據進行校驗，轉換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機直接使用的Java類型，這就是虛擬機的類加載機制。在Java裏，類型的加載、連接和初始化過程都是在程序運行期間完成的，這種策略雖然會令類加載時稍微增加一些性能開銷，但是會為Java應用程序提供高度的靈活性。

一、類加載的時機

類從被加載到虛擬機內存中開始，到卸載出內存為止，它的整個生命周期包括：加載(Loading)、驗證(Verification)、準備(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸載(Unloading)7個階段。其中驗證、準備、解析3個部分統稱為連接。

類的初始化

虛擬機規範嚴格規定了有且只有5種情況必須立即對類進行“初始化” (加載、驗證、準備必須要在此前開始):

1) 使用new關鍵字實例化對象的時候，讀取或設置一個類的靜態字段的時候(被final修飾、已在編譯期把結果放入常量池的靜態字段除外)，以及調用一個類的靜態方法的時候。(一個變量被final修飾且是編譯時確定的。那麽這個變量可稱為宏變量。宏變量可以將 引用指向常量池)

2) 使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射調用的時候，如果類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。

3) 當初始化一個類的時候，如果發現其父類還沒有進行初始化，則需要先觸發其父類的初始化

4) 當虛擬機啟動時，用戶需要指定一個要執行的主類(main class)，虛擬機會先初始化這個主類。

5) 當使用JDK_1.7的動態語言支持時，如果一個java.lang.invoke.MethodHandle實例最後的解析結果是REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic的方法句柄，並且這個方法句柄所對應的類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。

接口和類的初始化僅有一點不同，一個接口在初始化的時候並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時候(如引用接口中定義的常量)才會初始化。

類的被動引用

1) 對於靜態字段，只有定義這個字段的類才會被初始化，因此通過子類來引用父類中定義的靜態字段只會初始化其父類而非子類。

2) 通過數組定義來引用類，不會觸發此類的初始化。SupperClass[] s = new SupperClass[10];

3) 常量在編譯階段會存入調用類的常量池中，本質上並沒有直接引用到定義常量的類，因此不會觸發定義常量的類的初始化。public static final String HELLO = "hello";

二、類加載的過程

加載

加載是類加載過程的一個階段，在加載階段，虛擬機需要完成以下三件事：

1) 通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進制字節流

2) 將這個字節流所代表的靜態存儲結構轉化為方法區的運行時數據結構

3) 在內存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區這個類的各種數據的訪問入口

“通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進制字節流“沒有指明二進制字節流要從哪裏或怎樣獲取，並非一定從Class文件獲取，許多Java技術都建立在這一基礎之上：

1) 從ZIP包中讀取(JAR、EAR、WAR)

2) 從網絡中獲取(Applet)

3) 運行時計算產生(動態代理技術)

4) 由其他文件生成(JSP文件生成對應的Class類)

5) 從數據庫讀取(比較少見，有些中間件服務器把程序安裝到數據庫來完成程序代碼在集群間的分發)

加載階段完成後，虛擬機外部的二進制字節流就按照虛擬機所需的格式存儲在方法區之中。然後在內存中實例化一個java.lang.Class類的對象(並沒有明確規定是在Java堆中，對於Hotspot虛擬機而言，Class對象雖然是對象但是存放在方法區裏面)，這個對象將作為程序訪問方法區中這些類型數據的外部接口。

加載階段與連接階段的部分內容(如一部分字節碼文件格式驗證動作)是交叉進行的，但這兩個階段的開始時間仍然保持著固定的先後順序。

驗證

驗證是連接階段的第一步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節流中包含的信息符合當前虛擬機的要求，並且不會危害虛擬機自身的安全。

1) 文件格式驗證 (主要驗證字節流是否符合Class文件格式的規範)

2) 元數據驗證 (對字節碼描述的信息進行語義分析，以保證其符合Java語法要求，如final不能被重寫等)

3) 字節碼驗證 (最復雜的階段，保證校驗類的方法在運行時不會做出危害虛擬機安全的事件)

4) 符號引用驗證 (符號引用中的類、字段、方法是否可被當前類訪問，private, protected等)

準備

準備階段是正式為類變量分配內存並設置類變量初始值的階段，這些變量使用的內存都將在方法區中進行分配。這時進行內存分配的僅包括類變量(static修飾的變量)而不包括實例變量，實例變量在Java堆中。這裏的初始值是數據類型的零值(int為0)。但如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性，則此變量值就會初始化為ConstantValue所指定的值(static final int)。

解析

解析階段是虛擬機將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程。

符號引用(Symbolic References): 以一組符號來描述所引用的目標，符號引用與虛擬機實現的內存布局無關，引用的目標不一定已經加載到內存中。符號引用明確定義在Java虛擬機規範的Class文件格式中。

直接引用(Direct References): 與虛擬機實現的內存布局相關，可以是直接指向目標的指針、相對偏移量或是一個能間接定位到目標的句柄。如果有了直接引用，則引用目標必定已經在內存中存在。

初始化

類初始化階段是類加載過程的最後一步，才真正開始執行類中定義的Java程序代碼(或者說是字節碼)。初始化階段是執行類構造器<clinit>()方法的過程。

深入理解Java虛擬機- 學習筆記 - 虛擬機類加載機制