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。
与那些在编译时需要进行连续工作的语言不同，在Java语言里面，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的，这种策略虽然会令类加载时稍微增加一些性能开销，但是会为Java应用程序提供高度的灵活性，Java里天生可以动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。
类加载的过程
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载，验证，准备，解析，初始化，使用和卸载7个阶段，其中验证，准备和解析3个部分统称为连接，这7个阶段的发生顺序如下图所示：
图中，加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是固定的，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。Java虚拟机规范中并没有进行强制约束类加载过程的第一个阶段：加载，不同的虚拟机可以自由的去实现。但是，对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且仅有5种情况必须立即对类进行“初始化”：
- 遇到new、get static、put static 或invoke static四条字节码指令时，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、已经在编译器把结果放到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。
- 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。
- 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。
- 当虚拟机启动的时候，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。
- 当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果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初始化，则需要先触发其初始化。
类与类加载器
“加载”是“类加载”过程的一个阶段，两者并不是等价的。在加载阶段，虚拟机需要完成以下3件事情：
- 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换为方法区的运行时数据结构。
- 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。
类加载器就是用于实现类的加载动作。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个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。这句话可以表达的更加通俗一些：比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。这里的“相等”包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。如下代码演示了不同的类加载器对instanceof关键字运算结果的影响：
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
String fileName = name.substring(name.lastIndexOf('.') + 1) + ".class";
InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
if (is == null) {
return super.loadClass(name);
}
byte[] b = new byte[is.available()];
is.read(b);
return defineClass(name, b, 0, b.length);
} catch (IOException e) {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
}
};
Object obj = myLoader.loadClass("com.martin.ClassLoaderTest");
System.out.println(((Class)obj).getName());
System.out.println(obj instanceof com.martin.ClassLoaderTest);
}
上述代码的输出结果为：
com.martin.ClassLoaderTest false
虚拟机中存在了两个ClassLoaderTest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定义的类加载器加载的，虽然都是来自同一个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为false。
双亲委派模型
从Java虚拟机的角度来说，只存在两种不同的类加载器；一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言来实现，是虚拟机自身的一部分；另外一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都是由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。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>/lib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（仅按照文件名识别，例如我们自定义的jar包test.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。
- 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个加载器负责加载<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）：这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。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。
我们的应用程序都是由这3种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系如下图所示：
类加载器的双亲委派模型在JDK1.2期间被引入并被广泛应用于之后几乎所有的Java程序中，但它并不是一个强制性的约束模型，而是Java设计者推荐给开发者的一种类加载器实现方式。双亲委派模型的工作过程是：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，因此所有的类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时，子加载器才会尝试自己去加载。
使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类，并放在程序的ClassPath中，那系统将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证，应用程序也将会变得一片混乱。如果我们尝试去编写一个与rt.jar类库中已有类重名的Java类，将会发现可以正常编译，但是永远无法被加载运行。