概述：
虚拟机将描述类的数据从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，及为虚拟机类加载机制。
在Java语言中，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。
一、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，它的整个生命周期包括：加载(Loading)，验证(Verification)，准备(Preparation)，解析(Resolution)，初始化(Initialization)，使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段。其中验证，准备，解析三个部分统称为连接(Linking)。
加载、验证、准备、初始化和卸载这5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）。
二、类加载的过程
类加载的全过程，也就是加载、验证、准备、解析和初始化这5个阶段所执行的具体动作。
1、加载
加载”是“类加载”过程的一个阶段，在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事（虚拟机规范对这三件事的要求并不具体，因此虚拟机实现与具体应用的灵活度相当大）：
⑴、通过一个类的全限定名来获取定义在此类的二进制字节流。
虚拟机规范对于“通过“类全名”来获取定义此类的二进制字节流”并没有指明二进制流必须要从一个本地class文件中获取，准确地说是根本没有指明要从哪里获取及怎样获取。可从如下途径中获取：
①从Zip包中读取，这很常见，最终成为日后JAR、EAR、WAR格式的基础。
②从网络获取，常见应用Applet。
③运行时计算生成，这种场景使用的最多的就是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，就是用ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定接口生成$Prxoy的代理类的二进制字节流。
④由其他格式文件生成，典型场景：JSP应用
⑤从数据库中读取，这种场景相对少见，有些中间件服务器(如SAP Netweaver)可以选择把程序安装到数据库中来完成程序代码在集群间的分发。
⑵、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。
⑶、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。
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有虚拟机实现自行定义，虚拟机并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，对于HotSpot虚拟机而言，Class对象比较 特殊，它虽然是个对象，但在存放在方法区里），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。
2、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。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：
⑴、文件格式验证
这个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，格式上符合描述一个Java类型信息的要求。验证可能包括：
● 魔数是否以0xCAFEBABE开头
● 主，次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内
● 常量池的常量中是否有不被支持的常量类型
● 指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量
● CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UTF8编码的数据
● Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息
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。
⑵、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，这个阶段可能包括以下验证点：
● 类是否有父类(除了java.lang.Object外，所有类都应当有父类)
● 类的父类是否继承了不允许被继承的类（final修饰的类）
● 如果类不是抽象类，是否实现了器父类或接口中要求实现的所有方法
● 类中的字段，方法是否与父类产生矛盾(如：覆盖了父类的final字段)
⑶、字节码验证
是整个验证过程中最复杂的一个阶段，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。对类的方法体进行校验分析，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，如：
● 保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作，不会出现例如：在操作栈放置了一个int类型，使用时却按long类型来加载入本地变量表中。
● 保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上
● 保证方法体中的类型转换是有效的。
⑷、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，这个转化动作将在连接的第三个阶段——解析阶段发生。符号引用验证可以看做是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验：
● 符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类。
● 在指定类中是否存在符合方法的字段描述以及简单名称所描述的方法和字段。
● 符号引用中的类，字段，方法的访问性（private,protected,public,default）是否可被当前类访问。
符号引用验证的目的就是确保解析动作能正常执行，如果无法通过就会抛出异常，如：java.lang.NoSuchMethodError。
注：验证阶段是非常重要的，但不是一定必要的阶段（对程序运行期没有影响），如果运行的全部代码都被反复使用和验证过，在实施阶段可以考虑通过参数-Xverify:none 来关闭类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。
3、准备
正式为类变量分配内存并设置类变量初始化的阶段，这些变量所使用的内存当将在方法区中进行分配。只对类变量进行内存分配(static修饰)，不包括实例变量。
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。
符号引用和直接引用：
● 符号引用(Symbolic References)：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。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到内存中。符号引用的字面量形式已经明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
● 直接引用(Direct References)：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。直接引用与虚拟机实现的内存布局相关，同一个符号引用在不用虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。
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。分别对应编译后常量池内的CONSTANT_Class_Info、CONSTANT_Fieldref_Info、CONSTANT_Methodef_Info、CONSTANT_InterfaceMethoder_Info四种常量类型。
● 类、接口的解析
● 字段解析
● 类方法解析
● 接口方法解析
5、初始化
类的初始化阶段是类加载过程的最后一步，该阶段才真正开始执行类中定义的Java程序代码（或者说是字节码）。在准备阶段，变量已经赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源，或者说：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。
对于初始化阶段，虚拟机规范有且仅有5种情况必须立即对类进行初始化：
①遇到new（使用new关键字实例化对象）、getstatic（获取一个类的静态字段，final修饰符修饰的静态字段除外）、putstatic（设置一个类的静态字段，final修饰符修饰的静态字段除外）和invokestatic（调用一个类的静态方法）这4条字节码指令时，如果类还没有初始化，则必须首先对其初始化②使用java.lang.reflect包中的方法对类进行反射调用时，如果类还没有初始化，则必须首先对其初始化
③当初始化一个类时，如果其父类还没有初始化，则必须首先初始化其父类
④当虚拟机启动时，需要指定一个主类（main方法所在的类），虚拟机会首选初始化这个主类
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。
这5种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。
三、类加载器
1、类与类加载器
类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但是对于任意一个类，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。如果来源同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，但是如果类加载器不同，那么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、inInstance()方法的返回结果，也包括使用instanceof关键字判断所属关系。
2、双亲委派模型
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（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现（只限于HotSpot）,是虚拟机的一部分；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，并且都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
从Java开发人员的角度来看，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：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：这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录下的，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：这个类加载器是由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现的。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader方法的返回值，所以也叫系统类加载器。它负责加载用户类路径上所指定的类库，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。
用户的应用程序就是在这三个类加载器的配合下加载的。不过，用户还可以加入自己的类加载器，这些类加载器的关系如下图：
这种类加载的层次关系，称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器之外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。不过这个父子关系不是通过继承实现的，而是使用组合关系来复用父加载器的代码。使用这种模型来组织类加载器之间的关系的好处是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。
双亲委派模型的工作过程如下：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会传送到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围内没找到这个类）时，自加载器才会尝试自己加载。