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。
类型的加载、连接和初始化都是在程序运行期间完成的
1 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。
类的生命周期.png
2. 类加载的过程
类加载包括加载、验证、准备、解析、初始化5个过程。
2.1 加载
加载阶段虚拟机需要完成3件事：
- 通过类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
- 将字节流所代表的静态存储结构转化为方法区运行时数据结构
- 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
一个非数组类的加载阶段是开发人员可控性最强的，可以通过自定义的类加载器去控制字节流的获取方式（重写一个类加载器的loadClass()方法）
数组类本身不通过类加载器创建，它由java虚拟机直接创建。
加载阶段完成后、虚拟机外部的二进制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（存放在Java方法区中）。
加载阶段与连接阶段的部分内容是交叉进行的，加载阶段尚未结束，连接阶段可能就已经开始了。
2.2 验证
验证是连接阶段的第一步，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。
验证阶段会完成下面4个阶段的检验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
-
文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范，包括是否以魔数0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在虚拟机处理范围之内、常量池中是否有不被支持的常量类型等。
该阶段的验证是基于二进制字节流，之后字节流进入内存中的方法区存储。 -
元数据验证：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。包括这个类是否有父类、这个类是否继承了不允许被继承的类等。
主要目的是对类的元数据信息进行语义校验 -
字节码验证：整个验证过程最复杂的一个阶段，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
-
符号引用验证：发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个动作将在解析阶段发生。目的是确保解析动作能正常执行。
2.3 准备
准备阶段是正式为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
- 内存分配仅包括类变量（static修饰），不包括实例变量，实例变量将在对象实例化时随对象一起分配在 Java堆中
- 初始值“通常情况”下是数据类型的零值，除非是ConstantValue属性所指定的值 public static final int value=123，这时value变量就会赋初值为123
char零值为'\u0000'，reference零值为null
2.4 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：用一组符号来描述所引用的目标，可以是任何形式的字面量
直接引用：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
2.5 初始化
类加载过程中的最后一步，真正开始执行类中定义的Java程序代码（字节码）。执行类构造器<clinit>()方法的过程。
- <clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量赋值动作和静态语句块（static{}）中的语句合并产生的
- <clinit>()方法和类的构造函数 （init()）不同，它不需要显示地调用父类构造器，虚拟机会保证在子类<clinit>()执行前父类已经执行完毕
- <clinit>方法对于类和接口来说并不是必需的
- 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确的加锁、同步，一个线程执行<clinit>()方法其他线程都会阻塞等待。
对于初始化阶段，虚拟机严格规范了有且只有5种情况下，必须对类进行初始化(只有主动去使用类才会初始化类)：
- 当遇到 new 、 getstatic、putstatic或invokestatic 这4条直接码指令时，比如 new 一个类，读取一个静态字段(未被 final 修饰)、或调用一个类的静态方法时。
- 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时如Class.forname("..."),newInstance()等等。如果类没初始化，需要触发其初始化。
- 初始化一个类，如果其父类还未初始化，则先触发该父类的初始化
- 当虚拟机启动时，用户需要定义一个要执行的主类 (包含 main 方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类。
- MethodHandle和VarHandle可以看作是轻量级的反射调用机制，而要想使用这2个调用， 就必须先使用findStaticVarHandle来初始化要调用的类。
- 当一个接口中定义了JDK8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。
clinit()和init()
clinit()：jvm在第一次加载class文件时调用，包括静态变量初始化语句和静态块的执行
init()：在实例创建出来的时候调用，包括调用new操作符，调用Class或java.lang.reflect.Constructor对象的newInstance()方法，调用任何现有对象的clone()方法等
区别：
- 执行时机不同，一个在对象初始化时执行，一个在类加载初始化时执行。
- 执行目的不同，init是instance实例构造器，对非静态变量解析初始化，而clinit是class类构造器对静态变量，静态代码块进行初始化。
2.6 卸载
卸载类即该类的Class对象被GC。
卸载类需要满足3个要求:
- 该类的所有的实例对象都已被GC，也就是说堆不存在该类的实例对象。
- 该类没有在其他任何地方被引用
- 该类的类加载器的实例已被GC
所以，在JVM生命周期类，由jvm自带的类加载器加载的类是不会被卸载的。但是由我们自定义的类加载器加载的类是可能被卸载的。
3 类加载器
实现让应用程序通过类的全限定名获取描述该类二进制字节流的动作的代码模块叫做类加载器。
判断两个类是否相等（equals(),isAssignableFrom(),inInstance()）只有在两个类由同一个类加载器加载的前提下才有意义。
3.1 双亲委派模型
从JVM角度来说只存在两种不同的类加载器：启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）由C++语言实现，是虚拟机自身的一部分、所有其他类加载器，由Java实现，独立于JVM，都继承自抽象类Java.lang.ClassLoader。
从Java开发者角度看，可以分为三种：
- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载 %JAVA_HOME%/lib目录下的jar包和类或者或被 -Xbootclasspath参数指定的路径中的所有类。无法被Java程序直接引用
- 扩展类加载器（Extension ClassLoader）:要负责加载目录 %JRE_HOME%/lib/ext 目录下的jar包和类，或被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径下的jar包。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）:向我们用户的加载器，负责加载当前应用classpath下的所有jar包和类。可以直接使用是程序中默认的类加载器。
类加载器的双亲委派模型.png
上图展示的这种类加载器的层次关系称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都要有自己的父类加载器，使用组合关系来复用父加载器的代码，而一般不适用继承。
工作过程：如果一个类加载器收到了类加载请求，首先不会自己尝试去加载这个类，而是把请求委派给父类加载器去完成，因此所有请求都会传到启动类加载器，只有当父加载器反馈自己无法完成加载请求时（搜索范围中没有所需的类），子加载器才会尝试去加载。
双亲委派模式的好处
双亲委派模型保证了Java程序的稳定运行，可以避免 类的重复加载。Java类随着它的类加载器一起具备了一种优先级的层次关系。保证Java的核心API不被篡改。如果没有使用双亲委派模型，而是各个类加载器自行加载的话就会出现一些问题。例如，我们编写了一个Object类放在程序的ClassPath，那么程序运行的时候，系统就会出现多个不同的 Object 类。
实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中。
private final ClassLoader parent;
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先，检查请求的类是否已经被加载过
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {//父加载器不为空，调用父加载器loadClass()方法处理
c = parent.loadClass(name, false);
} else {//父加载器为空，使用启动类加载器 BootstrapClassLoader 加载
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
//抛出异常说明父类加载器无法完成加载请求
}
if (c == null) {
long t1 = System.nanoTime();
//自己尝试加载
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
先检查是否已经被加载过，没有的话调用父类加载器的loadClass(),若父类加载器为空就调用启动类加载器。如果父类加载器加载失败，则调用自己的findClass方法进行加载。
3.2 破坏双亲委派模型
为了避免双亲委托机制，我们可以自己定义一个类加载器继承自ClassLoader，然后重写 loadClass() 即可。
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