Java虚拟机通过装载、链接和初始化一个Java类型，使该类型可以被正在运行的Java程序所使用。

类加载机制包括以下几个过程：

• 装载：根据特定名称查找类或接口类型的二进制表示，并由此二级制表示创建类或接口的过程。
• 链接：为了让类或接口可以被Java虚拟机执行，而将类或接口并入虚拟机运行时状态的过程。
• 初始化：执行类或接口的初始化方法<clinit>

类加载的过程.png

在类和接口被装载和连接的时机上，Java虚拟机规范给实现提供了一定的灵活性。但是它严格地定义了初始化的时机。所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口首次主动使用时初始化（具体参考后文）。

“在首次主动使用时初始化”这个规则直接影响着装载、链接和初始化类的机制。在首次主动使用时，其类型必须被初始化。然而，在类型能被初始化之前，它必须已经被链接了，而在它能被链接之前，它必须已经被转载了。Java虚拟机的实现可以根据需要在更早的时候装载以及链接类型，没有必要一直要等到该类型的首次主动使用才去装载和链接它。无论如何，如果一个类型在它的首次主动使用之前还没有被装载和链接的话，那它必须在此时被装载和链接，这样它才能被初始化。

装载、验证、准备、初始化这4个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也称为动态绑定或晚期绑定）。注意，这里写的是按部就班得“开始”，而不是按部就班地“进行”或“完成”，强调这点是因为这个阶段通常都是互相交叉地混合式进行的，通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。

加载过程详解

装载

装载阶段由三个基本动作组成：

• 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
• 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。
• 在内存中生成一个代表了这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

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。

验证阶段大致上会完成下面4个阶段的校验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

准备

准备阶段的任务是为类或接口的静态字段分配空间(这些变量所使用的内存都将在方法区进行分配)，并用默认值初始化这些字段。这个阶段不会执行任何的虚拟机字节码指令。

上面提到，在“通常情况”下初始值是零值，那相对的会有一些“特殊情况”：如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那么准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值，假设上类变量value的定义变为:

public static final int value = 123;

编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为123。

解析

解析是根据运行时常量池的符号引用来动态决定具体的值的过程。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行，分别对应于常量池的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info、CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_MethodHandle_info和CONSTANT_InvokeDynamic_info7中常量类型。

初始化

初始化对于类或接口来说，就是执行它的初始化方法。

一个类或接口最多可以包含不超过一个类或接口的初始化方法，类或接口就是通过这个方法完成初始化的。这个方法是一个不包含参数的静态方法，名为<clinit>。这个名字也是由编译器命名的，因为它并非一个何方的Java方法名字，不能通过程序编码的方式实现。类或接口的初始化方法由Java虚拟机自身隐式调用，没有任何虚拟机字节码指令可以调用这个方法，只有在类的初始化阶段中会被虚拟机自身调用。

<clinit>

• <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{}块)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可以赋值，但是不能访问。
• <clinit>方法与类的构造函数（或者说实例构造器<init>方法）不同，它不需要显示地调用父类构造器，虚拟机会保证在之类的<clinit>方法执行之前，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。
• 由于父类的<clinit>方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作。
• <clinit>方法对于类或接口来说并不是必需的，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。
• 接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成<clinit>方法。但接口与类不同的是，执行接口的<clinit>方法不需要先执行父接口的<clinit>方法。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会被初始化。另外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<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得加锁、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。如果在一个类的<clinit>方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞，在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的。

主动使用与被动使用

前面说到过，什么情况需要开始类加载的第一个阶段：加载。Java虚拟机规范中并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有5中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。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：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（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，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。
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。

对于这5种会触发类进行初始化的场景，虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语：“有且只有”，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，所有引用类的方法都不会触发初始化，称为被动引用。