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。
在Java语言中，类型的加载，连接和初始化过程都市在程序运行期间完成，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。
一：类加载的时机
类从被加载到虚拟机内存中开除，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading），验证（Verfication），准备（Preparation），解析（Resolution），初始化（Initialization），使用（Using）和卸载（Unloading）7个阶段。
主动引用进行类初始化的情况
①遇到new、读取一个类的静态字段（getstatic）、设置一个类的静态字段（putstatic）、调用一个类的静态方法（invokestatic）。
②使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时，如果没有进行初始化则需要先触发初始化。
③当类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。（如果是接口，则不必触发其父类初始化）。
④当虚拟机执行一个main方法时，会首先初始化main所在的这个主类。
⑤当只用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。
注意：下面情况为被动引用：
①通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类的初始化。
②通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。
③常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量类的初始化。（原因是将常量的值存储到了NoInitialization类）的常量池中，以后对常量的引用都转换为ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都被转化为NoInitialization常量池对常量的引用，与类无关系。
下面我们就来具体的介绍一下类的加载过程的几个阶段：
一：加载（生成引用）
在加载阶段，虚拟机需要完成以下3件事
1）通过一个类的全限定名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到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访问入口（引用）。
获取字节流（class文件）的方式很自由，有以下方式
一：从ZIP包中读取，这很常见，最终成为日后JAR，EAR，WAR格式的基础
二：从网络中获取，这种场景最典型的应用就是Applet
三：运行时计算生成，这种场景使用的最多的就是动态代理。
四：由其它文件生成，典型场景就是JSP应用，由jsp文件生成对应的class类。
五：从数据库获取，这种比较少见
在加载阶段要注意以下数组类型和非数组类型的加载过程，因为他们的加载方式是不同的。
非数组类的加载：
可以使用系统提供的引导类加载器来完成，也可以由用户自定义的类加载器去完成，开发人员可以通过定义自己的类加载器去控制字节流的获取方式(重写类加载器的loadClass()方法)
数组类的加载：
数组类本身不通过类加载器创建，由Java虚拟机直接创建。但数组类与类加载器仍然有很密切的关系，因为数组类的元素类型（Element Type,数组去掉所有维度的类型，即：数组中存储的数据类型）最终要靠类加载器去创建。
数组类的创建过程遵循以下规则：
- 如果数组的组件类型(Component Type,指数组去掉一个维度的类型)是引用类型，那就递归采用上面定义的加载过程去加载这个组件类型，数组将在该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（如int[]数组），Java虚拟机将会把数组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。然后在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象（虽然是对象，但是存放在方法区里面），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是交叉进行的，加载没完成，连接阶段可能已经开始。但是两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。
二：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。
下面是验证的几个内容，当然实际验证的时候会更严格。。。。。。。。
1.文件格式验证
验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。
- 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
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。后面就会基于方法区的存储结构进行验证，不直接操作字节流了。
2.元数据验证
- 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)
3.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。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。
4.符号引用验证
在虚拟机将符号引用转化为直接引用时发生，转化动作在--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
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，那么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。
三：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。会设置static的常量的初始值而不会static或final就不会。
只对类变量进行内存分配(static修饰)，不包括实例变量。
初始值为数据类型的零值，如：
public static int value = 123;
准备阶段后为0，在类初始化后value才被赋值为123。
特殊情况：
public static final int value = 123;
编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段就会根据ConstantValue将value值设置为123。
四：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(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。
类或接口解析
要把一个类或者接口的符号引用解析为直接引用，需要以下三个步骤：
1. 如果该符号引用不是一个数组类型，那么虚拟机将会把该符号代表的全限定名称传递给类加载器去加载这个类。这个过程由于涉及验证过程所以可能会触发其他相关类的加载
2. 如果该符号引用是一个数组类型，并且该数组的元素类型是对象。我们知道符号引用是存在方法区的常量池中的，该符号引用的描述符会类似”[java/lang/Integer”的形式，将会按照上面的规则进行加载数组元素类型，如果描述符如前面假设的形式，需要加载的元素类型就是java.lang.Integer ,接着由虚拟机将会生成一个代表此数组对象的直接引用
3. 如果上面的步骤都没有出现异常，那么该符号引用已经在虚拟机中产生了一个直接引用，但是在解析完成之前需要对符号引用进行验证，主要是确认当前调用这个符号引用的类是否具有访问权限，如果没有访问权限将抛出java.lang.IllegalAccess异常
字段解析
对字段的解析需要首先对其所属的类进行解析，因为字段是属于类的，只有在正确解析得到其类的正确的直接引用才能继续对字段的解析。对字段的解析主要包括以下几个步骤：
1. 如果该字段符号引用就包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，解析结束
2. 否则，如果在该符号的类实现了接口，将会按照继承关系从下往上递归搜索各个接口和它的父接口，如果在接口中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，那么久直接返回这个字段的直接引用，解析结束
3. 否则，如果该符号所在的类不是Object类的话，将会按照继承关系从下往上递归搜索其父类，如果在父类中包含了简单名称和字段描述符都相匹配的字段，那么直接返回这个字段的直接引用，解析结束
4. 否则，解析失败，抛出java.lang.NoSuchFieldError异常
类方法解析
进行类方法的解析仍然需要先解析此类方法的类，在正确解析之后需要进行如下的步骤：
1. 类方法和接口方法的符号引用是分开的，所以如果在类方法表中发现class_index（类中方法的符号引用）的索引是一个接口，那么会抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError的异常
2. 如果class_index的索引确实是一个类，那么在该类中查找是否有简单名称和描述符都与目标字段相匹配的方法，如果有的话就返回这个方法的直接引用，查找结束
3. 否则，在该类的父类中递归查找是否具有简单名称和描述符都与目标字段相匹配的字段，如果有，则直接返回这个字段的直接引用，查找结束
4. 否则，在这个类的接口以及它的父接口中递归查找，如果找到的话就说明这个方法是一个抽象类，查找结束，返回java.lang.AbstractMethodError异常
5. 否则，查找失败，抛出java.lang.NoSuchMethodError异常
如果最终返回了直接引用，还需要对该符号引用进行权限验证，如果没有访问权限，就抛出java.lang.IllegalAccessError异常
接口方法解析
同类方法解析一样，也需要先解析出该方法的类或者接口的符号引用，如果解析成功，就进行下面的解析工作：
1. 如果在接口方法表中发现class_index的索引是一个类而不是一个接口，那么也会抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError的异常（这是接口不能实例化的根本原因）
2. 否则，在该接口方法的所属的接口中查找是否具有简单名称和描述符都与目标字段相匹配的方法，如果有的话就直接返回这个方法的直接引用。
3. 否则，在该接口以及其父接口中查找，直到Object类，如果找到则直接返回这个方法的直接引用
4. 否则，查找失败
接口的所有方法都是public，所以不存在访问权限问题
六：初始化
类初始化阶段是类加载过程的最后一步，到了这个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。
需要注意以下几点：
1.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，而定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但不能访问，代码解释如下：
public class Test {
static {
i = 0; //给变量赋值可以正常编译通过
System.out.print(i); //编译器会提示“非法向前引用”
}
static int i = 1;
}2.初始化方法执行的顺序，虚拟机会保证在子类的初始化方法执行之前，父类的初始化方法已经执行完毕，因此在虚拟机中第一个被执行的类初始化方法一定是java.lang.Object。另外，也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，例如：
static class Parent {
public static int A = 1;
static {
A = 2;
}
}
static class Sub extends Parent {
public static int B = A;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Sub.B);
}执行的结果。字段B的值将会是2而不是1。
3.clinit ()方法对于类或接口来说并不是必须的，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。
4.接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的操作，因此接口与类一样都会生成clinit()方法，但与类不同的是，执行接口的初始化方法之前，不需要先执行父接口的初始化方法。只有当父接口中定义的变量使用时，才会执行父接口的初始化方法。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。
5.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，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，直到活动线程执行类初始化方法完毕。