Java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，这个过程被称作虚拟机的类加载机制。
一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接。
关于在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。 但是对于初始化阶段，严格规范了只有下面六种情况必须立即对类进行“初始化”（加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：
- 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化阶段。能生成这四条指令的典型Java代码场景：
- 使用new关键字实例化对象的时候
- 读取或设置一个类型的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入调用处的那个类的常量池的静态字段除外）的时候
- 调用一个类型的静态方法的时候
- 使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用的时候，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化
- 当初始化类的时候，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
- 当使用JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为
REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句 柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化 - 当一个接口中定义了JDK 8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
Java虚拟机中类加载的全过程：加载、验证、准备、解析和初始化。
在加载阶段，Java虚拟机需要完成以下三件事情：
- 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
加载阶段结束后，Java虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所设定的格式存储在方法区之中了，方法区中的数据存储格式完全由虚拟机实现自行定义。类型数据妥善安置在方法区之后，会在Java堆内存中实例化一个java.lang.Class类的对象，这个对象将作为程序访问方法区中的类型数据的外部接口。
验证是连接阶段的第一步，目的是确保class文件的字节流中包含的信息符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求，保证这些信息被当做代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。使用纯粹的Java代码无法做到诸如访问数组边界以外的数据、将一个对象转型为它并未实现的类型、跳转到不存在的代码行之类的事情，如果尝试这样去做了，编译器会抛出异常、拒绝编译。但是，这些无法做到的事情在字节码层面上都是可以实现的，至少语义上是可以表达出来的。Java虚拟机如果不检查输入的字节流，对其完全信任的话，很可能会因为载入了有错误或有恶意企图的字节码而导致整个系统受攻击甚至崩溃，所以验证字节码是Java虚拟机保护自身的一项必要措施。
验证阶段大致会完成四个阶段的检验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
第一阶段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。 该验证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，格式上符合一个Java类型信息的要求。通过这个阶段验证之后，这段字节流才被允许进入Java虚拟机内存的方法区中进行存储，所以后面的三个验证阶段全部是基于方法区的存储结构上进行的，不会再直接读取、操作字节流了。
- 是否以魔数0xCAFEBABE开头
- 主、次版本号是否在当前Java虚拟机接受范围之内
- 常量池的常量中是否有不被支持的常量类型(检查常量t ag标志)
- 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UTF-8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
- ......
第二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。 主要目的是对类的元数据信息进行语义校验。
- 这个类是否有父类(除了java.lang.Object之外，所有的类都应当有父类)
- 这个类的父类是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的类)
- 如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口之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(例如覆盖了父类的final字段，或者出现不符合规则的方 法重载，例如方法参数都一致，但返回值类型却不同等)
- ......
第三阶段主要目的是通过数据流分析和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。对类的方法体（class文件中的Code属性）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行为。 但即使一个方法体通过了字节码验证，也仍然不能保证它一定就是安全的。
在JDK6之后的javac编译器和Java虚拟机里进行了一项联合优化，把尽可能多的校验辅助措施挪到javac编译器里进行。具体做法是给方法体Code属性的属性表中新增加了一项名为StackMapTable的新属性，这项属性描述了方法体所有的基本块（指按照控制流拆分的代码块）开始时本地变量表和操作栈应有的状态，在字节码验证期间，Java虚拟机就不需要根据程序退到这些状态的合法性，只需要检查StackMapTable属性中的记录是否合法即可。这样就将字节码验证的类型推导转变为类型检查，从而节省了大量校验时间。
- 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，例如不会出现类似于“在操作 栈放置了一个int类型的数据，使用时却按long类型来加载入本地变量表中”这样的情况
- 保证任何跳转指令都不会跳转到方法体以外的字节码指令上
- ......
最后一个阶段的校验行为发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段-解析阶段中发生。符号引用验证可以看作是对类自身以外（常量池中的各种符号引用）的各类信息进行匹配性校验，通俗来说就是，该类是否缺少或者被禁止访问它依赖的某些外部类、方法、字段等资源。 符号引用验证的主要目的是确保解析行为能正常执行，如果无法通过符号引用验证，Java虚拟机将会抛出一个java.lang.IncompatibleClassChangeError的子类异常，典型的如：java.lang.IllegalAccessError、java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchM ethodError等。
- 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符及简单名称所描述的方法和字段
- 符号引用中的类、字段、方法的可访问性(private、protected、public、)是否可被当 前类访问
- ......
准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段。
public static int value = 123;变量value在准备阶段过后的初始值是0而不是123，因为这时尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为123的putstatic指令是在程序被编译后，存放于类构造器<clinit>()方法之中，所以把value赋值为123的动作要到类的初始化阶段才会被执行。
如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那在准备阶段变量值就会被初始化为ConstantValue属性所指定的初始值，假设上面类变量value的定义修改为：
public static final int value = 123;编译时javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为123。
解析阶段是Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，符号引用在class文件中它以CONSTANT_Class_info、 CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等类型的常量出现。
- 符号引用：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，只要使用时能被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是已经加载到虚拟机内存当中的内容。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的class文件格式中
- 直接引用：直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局直接相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在虚拟机的内存中存在。
对同一个符号引用进行多次解析请求是很常见的事情，除invokedynamic指令以外，虚拟机实现可以对第一次解析的结果进行缓存，譬如在运行时直接引用常量池中的记录，并把常量标识为已解析状态，从而避免解析动作重复进行。
不过对于invokedynamic指令，上面的规则就不成立了。当碰到某个前面已经由invokedynamic指令触发过解析的符号引用时，并不意味着这个解析结果对于其他invokedynamic指令也同样生效。因为invokedynamic指令的目的本来就是用于动态语言支持，它对应的引用称为“动态调用点限定符”，这里的动态的含义是指必须等到程序实际运行到这条指令时，解析动作才能进行。相对地，其余可触发解析的指令都是静态的，可以在刚刚完成加载阶段，还没有开始执行代码时就提前进行解析。
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这7类符号引用进行。
类的初始化是类加载过程的最后一个步骤，Java虚拟机开始执行类中编写的Java代码，将主导权移交给应用程序。
进行准备阶段时，变量移交赋过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段，则会根据程序员通过程序编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。初始化阶段就是执行类构造器<clinit>()方法的过程。<clinit>()并不是程序员在Java代码中直接编写的，它是javac编译器的自动生成物。
<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}代码块）中的语句合并产生的，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，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。
public class Test {
static {
i = 0; // 给变量复制可以正常编译通过
System.out.print(i); // 这句编译器会提示“非法向前引用”
}
static int i = 1;
}<clinit>()方法与类的构造函数（即在虚拟机视角中的实例构造器<init>()方法）不同，它不需要显示地调用父类构造器，Java虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行前父类的<clinit>()方法以及执行完毕。因此在Java虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法的类型肯定是java.lang.Object。
由于父类的<clinit>()方法先执行，也就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。
<clinit>()方法对于类或接口来说并不是必需的，一个类中没有静态语句块，也就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。
接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成<clinit>()方法。但接口与类不同的是，执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法，因为只有当父接口中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。此外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<clinit>()方法。
Java虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有其中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，直到活动线程执行完毕<clinit>()方法。可以利用这条特性搞单例。如果一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，那就可能造成多个线程阻塞。
Java虚拟机设计团队有意把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取该类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何获取所需的类。实现这个动作的代码称为“类加载器”。
同一个Java虚拟机，用不同的类加载器加载同一个class文件，那加载出来的这2个类必定是不相等（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instanceof。）的。
本节内容针对的是JDK 8及之前版本的Java来介绍的三层类加载器和双亲委派模型
站在Java虚拟机的角度来看，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器是虚拟机的一部分；另外一种就是其他所有的类加载器，这些类加载器独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
自JDK 1.2以来，Java一直保持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构。
- 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）: 这个类加载器负责加载存放在
<JAVA HOME>\lib目录，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径所指定的路径中存放的，而且是Java虚拟机能够识别的类库加载到虚拟机的内存中 - 扩展类加载器（Extension Class Loader）：是在类
sun.misc。Launcher$ExtClassLoader中以Java代码的形式实现的。它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库 - 应用程序类加载器（Application Class Loader）：由
sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于应用程序类加载器是ClassLoader类中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以也称为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所有的类库，开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。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
类加载器双亲委派模型：
双亲委派模型的工作过程：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应该传送到最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（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会去尝试自己去完成加载。
为什么需要双亲委派模型？它的好处是Java中的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之中，无论哪一个类要加载这个类，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能够保证是同一个类。反之，如果没有使用双亲委派模型，都由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己也编写了一个名为java.lang.Object的类，并放在程序的CLassPath中，那系统中就会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证，应用程序将会变得一片混乱。
双亲委派模型对于保证Java程序的稳定运作极为重要，但它的实现非常简单。用以实现双亲委派模型的代码只有10行左右，全部在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中。
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
{
//首先，检查请求的类是否已经被加载过了
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
//如果父类加载器抛出ClassNotFoundException说明父类加载器无法完成加载请求
}
if (c == null) {
//在父类加载器无法加载时，再调用本身的findClass()方法来进行类加载
c = findClass(name);
}
}
return c;
}核心逻辑：先检查请求加载的类型是否已经被加载过，如果没有则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。假如父类加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常的话，才调用自己的findClass()方法尝试进行加载。
- 《深入理解Java虚拟机》