7.1、概述
再类文件结构中
在Class文件中描述的各种信息，最终都需要加载到虚拟机中之后才能运行和使用。
而虚拟机如何加载这些Class文件？Class文件中的信息进入到虚拟机后会发生什么变化？
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接工作的语言不同，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。
例如，如果编写一个面向接口的应用程序，
可以等到运行时再指定其实际的实现类；用户可以通过Java预定义的和自定义类加载器，让
一个本地的应用程序可以在运行时从网络或其他地方加载一个二进制流作为程序代码的一部
分，这种组装应用程序的方式目前已广泛应用于Java程序之中。从最基础的Applet、JSP到相
对复杂的OSGi技术，都使用了Java语言运行期类加载的特性。
7.2 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3个部分统称为连接（Linking）
7个阶段发生顺序图：
类的声明周期
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
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）。
什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段：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种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JDK 1.7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，所有引用类的方式都
不会触发初始化，称为被动引用。
实例1：
只会输出“SuperClass init！”，而不会输出“SubClass init！”
对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静
态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。
至于是否要触发子类的加载和验
证，在虚拟机规范中并未明确规定，这点取决于虚拟机的具体实现。对于Sun HotSpot虚拟机
来说，可通过-XX：+TraceClassLoading参数观察到此操作会导致子类的加载
实例2：
运行之后发现没有输出“SuperClass init！”
说明并没有触发类org.fenixsoft.classloading.SuperClass的初始化阶段。
但是这段代码里面触发了另外一个名为“[Lorg.fenixsoft.classloading.SuperClass”的类的初始化
阶段，对于用户代码来说，这并不是一个合法的类名称，它是一个由虚拟机自动生成的、直
接继承于java.lang.Object的子类，创建动作由字节码指令newarray触发。
这个类代表了一个元素类型为org.fenixsoft.classloading.SuperClass的一维数组，数组中应
有的属性和方法（用户可直接使用的只有被修饰为public的length属性和clone（）方法）都实
现在这个类里。Java语言中对数组的访问比C/C++相对安全是因为这个类封装了数组元素的
访问方法，而C/C++直接翻译为对数组指针的移动。在Java语言中，当检查到发生数组越界
时会抛出java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
实例3：
上述代码运行之后，也没有输出“ConstClass init！”
这是因为虽然在Java源码中引用了
ConstClass类中的常量HELLOWORLD，但其实在编译阶段通过常量传播优化，已经将此常量
的值“hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中，以后NotInitialization对常量
ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都被转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。
也就是说，实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口，这两
个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。
接口的加载过程与类加载过程稍有一些不同，针对接口需要做一些特殊说明：接口也有
初始化过程，这点与类是一致的，上面的代码都是用静态语句块“static{}”来输出初始化信息
的，而接口中不能使用“static{}”语句块，但编译器仍然会为接口生成“＜clinit＞（）”类构造
器，用于初始化接口中所定义的成员变量。接口与类真正有所区别的是前面讲述的5种“有
且仅有”需要开始初始化场景中的第3种：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始
化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有在真正使
用到父接口的时候（如引用接口中定义的常量）才会初始化。
7.3、类加载过程
7.3.1、加载
“加载”是“类加载”（Class Loading）过程的一个阶段
在加载阶段，虚拟机需要完成以下3件事情：
1）通过一个类的全限定名来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为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数据的访问入口。
虚拟机规范的这3点要求其实并不算具体，因此虚拟机实现与具体应用的灵活度都是相
当大的。例如“通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流”这条，它没有指明二
进制字节流要从一个Class文件中获取，准确地说是根本没有指明要从哪里获取、怎样获取。
虚拟机设计团队在加载阶段搭建了一个相当开放的、广阔的“舞台”，Java发展历程中，充满
创造力的开发人员则在这个“舞台”上玩出了各种花样，许多举足轻重的Java技术都建立在这
一基础之上，例如：
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、从网络中获取，这种场景最典型的应用就是Applet。
3、运行时计算生成，这种场景使用得最多的就是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy
中，就是用了ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定接口生成形式为“*$Proxy”的代理类
的二进制字节流。
4、由其他文件生成，典型场景是JSP应用，即由JSP文件生成对应的Class类。
5、从数据库中读取，这种场景相对少见些，例如有些中间件服务器（如SAP Netweaver）
6、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。
........
相对于类加载过程的其他阶段，一个非数组类的加载阶段（准确地说，是加载阶段中获
取类的二进制字节流的动作）是开发人员可控性最强的，因为加载阶段既可以使用系统提供
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（即重写一个类加载器的loadClass（）方法）。
对于数组类而言，情况就有所不同，数组类本身不通过类加载器创建，它是由Java虚拟
机直接创建的。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，指的是数组去掉所有维度的类型）最终是要靠类加载器去创建，一个数组类（下面简
称为C）创建过程就遵循以下规则：
如果数组的组件类型（Component Type，指的是数组去掉一个维度的类型）是引用类
型，那就递归采用本节中定义的加载过程去加载这个组件类型，数组C将在加载该组件类型
的类加载器的类名称空间上被标识（这点很重要，在7.4节会介绍到，一个类必须与类加载
器一起确定唯一性）。
如果数组的组件类型不是引用类型（例如int[]数组），Java虚拟机将会把数组C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，虚拟机规范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，它虽然是对象，但是存放在方法区里面），这
个对象将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（如一部分字节码文件格式验证动作）是交叉进行的，
加载阶段尚未完成，连接阶段可能已经开始，但这些夹在加载阶段之中进行的动作，仍然属
于连接阶段的内容，这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序