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。

用户可以通过Java预定义的和自定义类加载器，让一个本地的应用程序可以在运行时从网络或其他地方加载一个二进制流作为程序代码的一部分。

类加载的时机

类加载的生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接。
对于初始化阶段，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”（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：
1）遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
2）使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候。
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类。
5）当使用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、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。
这5种场景中的行为称为对一个类进行主动引用，除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

例子一：对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。
例子二：

public class ConstClass {
      static {
            System.out.println("ConstClass init!");
      }
      public static final String HELLOWORLD = "hello world";
}

public class NotInitialization {
      public static void main(String[] args)  {
            System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
      }
}

这段代码没有输出“ConstClass init!”。这是因为虽然在Java源码中引用了ConstClass类中的常量HELLOWORLD，但其实在编译阶段通过常量传播优化，已经将此常量的值“hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中，以后NotInitialization对常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都被转化为NotInitalization类对自身常量池的引用了。也就是说，实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口，这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。

初始化接口与类的区别

接口与类真正有所区别的是前面讲述的5种“有且仅有”需要开始初始化场景中的第3种：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。

类加载的过程

加载（重要）

在加载阶段，虚拟机需要完成以下3件事情：
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。

数组类本身不通过类加载器创建，它是由Java虚拟机直接创建的。但数组类的元素元素类型最终是要靠类加载器去创建。
一个数组类创建过程就遵循以下规则：

• 如果数组的组件类型是引用类型，那就递归采用本节中定义的加载过程去加载这个组件类型，数组C将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识。
• 如果数组的组件类型不是引用类型（例如int[]数组），Java虚拟机将会把数组C标记为与引导类加载器关联。
• 数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致，如果组件类型不是引用类型，那数组类的可见性将默认为public。
  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，方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自行定义，虚拟机规范未规定此区域的具体数据结构。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），这个对象作为程序访问方法区中的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。

验证

验证是虚拟机对自身保护的一项重要工作。
验证阶段大致上会完成4个阶段的校验工作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

1.文件格式验证

该验证阶段的主要目的是保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区之内，格式上符号描述一个Java类型信息的要求。这阶段的验证是基于二进制字节流进行的，只有通过了这个阶段的验证后，字节流才会进入内存的方法区中进行存储，所以后面的3个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的，不会再直接操作字节流。

2.元数据验证

这个阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。这个阶段的主要目的是对类的元数据信息进行语义校验，保证不存在不符合Java语义规范的元数据信息。

3.字节码验证

这个阶段主要目的是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。保证被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

符号引用验证的目的是确保解析动作能正常执行，如果无法通过符号引用验证，那么将会抛出一个java.lang,IncompatibleClassChangeError异常的子类。

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，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这时候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，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。
假设一个类变量的定义为：
public static int value = 123;
那变量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。

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。
符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。
直接引用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。
虚拟机需要保证的是在同一个实体中，如果一个符号引用之前已经被成功解析过，那么后续的引用解析请求就应当一直成功。

类加载器

“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

类与类加载器

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。
通过自己定义的类加载器加载一个类，当用instanceof检测其实例时，会返回false，这是因为虚拟机中存在了两个这个类，一个是由系统应用程序类加载器加载的，另外一个是由我们自己定义的类加载器加载的，虽然都来自同一个Class文件，但依然是两个独立的类，做对象所属类型检查时结果就为false。

双亲委派模型（重要）

从Java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器，这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且部分都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

从Java开发人员的角度来看，可以划分得更细点，绝大部分Java程序都会使用到以下3种系统提供的类加载器。

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器负责将存放在<JAVA_HOME>\li目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器，那直接使用null代替即可。
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个类加载器负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称为系统类加载器，它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
  类加载器之间的层次关系：
  自定义类加载器->应用程序类加载器->扩展类加载器->启动类加载器。称为类加载器的双亲委派模型。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。
  双亲委派模型的工作过程： 如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。
  实现双亲委派模型的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中。