JVM类加载机制 | Moon's Blog

类加载的定义：Java代码经过编译，会生成JVM能够识别的二进制字节流文件(*.class)。在Java程序的运行时，JVM把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校检、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。

Class文件中的类，从加载到JVM内存，到卸载出内存，共有七个生命周期阶段，分别是加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。类加载机制包含了前五个阶段：

初始化和解析发生的先后顺序并不确定，解析可能发生在初始化之前，也可以发生在初始化之后（为了支持Java的动态绑定机制，由于Java多态，暂时不知道到底哪段代码会被调用，所以解析阶段可能会延后）。

类加载的时机：类加载无需等到程序中“首次被使用”时才开始，JVM预先加载某些类也是允许的。

类加载的五个阶段可以总结为三步：加载、链接、初始化。

1.加载

主要完成三件事：

通过一个类的全限定名（包名+类名）来获取定义此类的二进制字节流（Class文件）。
将这个字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。（方法区就是用来存放已被加载的类信息、常量、静态变量的运行时内存区域）
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。

总的来说，加载过程就是将一个类的二进制字节流Class文件转化成对应的java.lang.Class对象的过程。

2.链接

类加载后生成了java.lang.Class对象，接着会进入链接阶段，将类的二进制数据合并入JRE（Java运行时环境）中，链接包含三个阶段：

验证：验证被加载的类是否有正确的结构，类数据是否会符合虚拟机的要求，确保不会危害虚拟机的安全。
准备：为类的静态变量（static）在方法区分配内存，并赋默认初值（0或者null）。注意如果是静态常量（static final），早在编译期就已经存放在常量池中了，而现在再次在方法区里分配内存，并直接赋设定初值，而非默认初值。如果是普通成员成员变量，则要等到实例化的时候才会在堆中分配内存。
解析：将Class文件常量池（不是运行时常量池）内的符号引用替换为直接引用。（静态绑定和动态绑定就在这时进行）直接引用可以是直接指向目标的指针、或是一个能直接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那么引用的目标必定已经在内存中存在。

3.初始化

类的初始化是类加载机制的最后一步，到了初始化阶段才真正执行Java代码。主要工作是为静态变量（static，但不包括static final）赋设定初值。

JVM规范中有且仅有五种情况必须对类进行初始化（类加载机制的前几个阶段自然而然也要在初始化之前进行）：

使用new字节码指令创建类的实例，或者使用getstatic、putstatic读取或设置一个静态字段的值（在编译期就已经放入常量池中的static final常量除外），或者调用一个静态方法的时候，对应类必须进行过初始化。
通过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，则要首先进行初始化。
当初始化一个类的时候，如果发现其父类没有进行过初始化，则首先触发父类初始化。
当虚拟机启动时，用户需要指定一个主类（包含main()方法的类），虚拟机会首先初始化这个类。
使用jdk1.7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REF_getStatic、REF_putStatic、RE_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行初始化，则需要先触发其初始化。

上面这五种情况被称为主动引用，除了这五种情况，其他所有的类引用方式都不会触发类的初始化，被称为被动引用（三种）：

通过子类引用父类的静态字段，对于父类属于“主动引用”的第三种情况，父类会被初始化；而对于子类属于“被动引用”，故子类不会初始化。

//父类
public class SuperClass {
	//静态变量value
	public static int value = 666;
	//静态块，父类初始化时会调用
	static{
		System.out.println("父类初始化！");
	}
}
 
//子类
public class SubClass extends SuperClass{
	//静态块，子类初始化时会调用
	static{
		System.out.println("子类初始化！");
	}
}
 
//主类、测试类
public class NotInit {
	public static void main(String[] args){
		System.out.println(SubClass.value);
	}
}

通过数组来引用类，因为是new数组而不是new类的实例，因此属于被动引用。

//父类
public class SuperClass {
	//静态变量value
	public static int value = 666;
	//静态块，父类初始化时会调用
	static{
		System.out.println("父类初始化！");
	}
}
 
//主类、测试类
public class NotInit {
	public static void main(String[] args){
		SuperClass[] test = new SuperClass[10];
	}
}

读取类的静态常量（static final），因为已经在编译时就存在常量池了，可以直接从常量池中读，因此不会触发类的初始化，属于被动引用。

//常量类
public class ConstClass {
	static{
		System.out.println("常量类初始化！");
	}
	
	public static final String HELLOWORLD = "hello world!";
}
 
//主类、测试类
public class NotInit {
	public static void main(String[] args){
		System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
	}
}