JVM类加载机制
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语言里，类型的加载、链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链接这个特点实现的。
类加载机制
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，他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、解析3个
部分统称为连接（Linking），这7个阶段的发生顺序如图：
加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，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开始，这是为了支持java语言的运行时绑定。
对于初始化阶段，虚拟机规范严格规定了5种情况必须立即对类进行“初始化”：
1、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的时候（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外。静态字段的直接定义类被初始化）、
调用一个类的静态方法（静态方法的直接定义类被初始化）。
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，虚拟机会先初始化这个类。
5、当使用JDK1.7的动态语言支持时。
以上这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。
例：
package com.test.classloading;
public class SuperClass {
static {
System.out.println("SuperClass init!");
}
public static int value = 123;
}
package com.test.classloading;
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
}
}
运行之后发现没有输出“SuperClass init!”,说明没有触发类com.test.classloading.SuperClass 初始化阶段。但是这段代码触发了另外一个名为"[Lcom.test.classloading.SuperClass"
的类的初始化阶段，它是由一个虚拟机自动生成的、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com.test.classloading.SuperClass的一维数组，数组中应有的属性和方法都实现在这个类里。java语言对数组的访问比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。
接口的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，接口不能有静态语句块"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。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，并不要求父接口全部初始化，只有在真正使用到的父类接口的时候
（如引用接口中定义的常量）才会初始化。
类的加载过程
加载
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。
这3点要求不算具体，这里他没有指明二进制流要从一个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。因此虚拟机实现与具体应用的灵活度是相当大的。
一个非数组类的加载阶段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。
对于数组类而言，情况有所不同，数组类本身不通过类加载器创建，它由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最终是要靠类加载器去
创建的，一个数组类的创建过程就遵守以下规则：
- 如果数组类型是引用类型，那就加载这个组件类型，数组将在加载该组件的类加载器的类名称空间上被标志。
- 如果数组的组件类型不是引用类型，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可见性一致，如果组件类型不是引用类型，那数组的可见性将默认为public。
加载阶段与连接阶段的部分内容是交叉进行的，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，任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。
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文件的子接口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。
验证阶段大致完成4个阶段的检查动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
1、文件格式验证
要验证字节流是否符合Class文件格式的规范（魔数、主次版本号、……），并且能够被当前版本的虚拟机处理。
该验证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去之内，格式上符合描述一个java类型信息的要求。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方法去进行存储，后面3个阶段的验证全部基于方法去的存储结构进行。不会再直接操作字节流。
2、元数据验证
第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析（类的元数据信息进行语义校验），以保证其描述的信息符合java语言规范的要求（是否有父类，是否继承了不允许被继承的类……）
3、字节码验证
第三阶段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。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后，
这个阶段将对类的方法进行校验分析，保证被校验类的方法在运行时不会做出威胁虚拟机安全的事情。
4、符号引用验证
最后一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作在链接的第三阶段——解析阶段中发生。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（符号引用中描述的全限定名是否能找到对应的类……）。符号引用验证的目的是确保解析动作能正常执行。
对于虚拟机的类加载机制来说，验证阶段是一个重要的、但不是必要的阶段。 -X verify:none参数来关闭大部分的类验证错失，以缩短虚拟机加载的时间。
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，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。
这个阶段中有两个容易产生混淆的概念要强调一下，首先，这个时候将进行内存分配的仅包括类变量（static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时
随着对象一起分配在java堆中。其次，这里所说的初始值是数据类型的零值，假设一个类变量的定义为：
public static int value = 123;
那value在准备阶段过后的初始值为0而不是123，因为这时候尚未开始执行任何java方法，而把value赋值为123的putatic指令是程序被编译后，存放于类构造器<clinit>()方法之中，
所以把value赋值为123的动作将在初始化阶段才会执行。
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value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值，假设上面类变量value的定义变为：
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复制为123。
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，在Class文件中它以CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info
等类型的常量出现，那解析阶段中所说的直接引用与符号引用有什么联系呢。
- 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，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内部布局无关，
引用的目标并不一定已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是他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， 直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个简洁定位到目标的句柄。直接引用和内存布局相关的，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内存中存在。
虚拟机实现可根据需要来判断到底是在类加载器加载时就对常量池中的符号引用进行解析，还是等到一个符号引用将要被使用前才去解析他。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（在运行时常量池中记录直接引用，并把常量标为已解析状态）从而避免
解析动作重复进行。无论是否真正执行了多次解析动作，虚拟机需要保证的是在同一个实体中，如果一个符号引用之前已经被成功解析过，那么后续的引用解析请求就应当一直
成功；同样，如果第一次解析失败了，那么其他指令对这个符号的解析请求也应该收到相同的异常。
对于invokedynamic指令，上面的规则不成立。当碰到某个前面已经invokedyamic指令触发过的解析的符号引用时，并不意味这这个解析结果对于其他invokedynamic指令
同样生效。因为invokedynamic指令的目的本来就是用于动态语言支持（目前仅使用java语言不会生成这条字节码指令），它所对应的引用称为“动态调用点限定符”。这里的
“动态”的含义就是必须等到程序实际运行到这条指令的时候，解析动作才能进行。相对的，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
代码时就进行解析。
解析动作主要针对类或者接口、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，分别对应常量池的CONSTANT_Class_info、
CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodrdf_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info、CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_MethodHandle_info和
CONSTANT_InvokeDynamic_info。
1、类或接口的解析
假设当前代码所处的类为D,如果要把符号应用N解析为一个类或接口C的引用，那么虚拟机完成整个解析过程需要以下3个步骤：
1）、如果C不是一个数组类型，那虚拟机将会把代表N的全限定名传给D的类加载器去加载这个C。在加载过程中，由于元数据验证、字节码验证的需要可能触发
其他相关类的加载动作，一旦这个加载过程出现了任何异常，解析过程失败。
2）、如果C是一个数组类型，并且数组的元素为对象，也就是N的描述符会是类似“[Ljava/lang/Integer”的形式，那么会按照第一点的规则加载数组元素类型。
需要加载的元素类型就是“java.lang.Integer”，接着由虚拟机生成一个代表此数组维度和元素的数组对象。
3）、如果上面的步骤没有出现任何异常，那么C在虚拟机中实际上已经成为一个有效的类或接口了，但在解析完成之前还要进行符号引用验证，确认D是否具备对C
的访问权限。如果不具备，抛出异常。
2、字段解析
要解析一个未被解析过的字段符号引用，首先，将会对字段内class_index项中索引的CONSTANT_Class_info符号引用进行解析，也就是字段所属的类或接口的符号引用。
如果解析这个类或接口符号引用的过程中出现了异常，都会导致字段符号引用解析的失败。如果解析完成，那将这个字段所属的类或接口用C表示，虚拟机规范要求按照如下步骤
对C进行后续字段的搜索：
1）、如果C本身就包含了简单名称和字段描述都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。
2）、否则，如果在C中实现了接口，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，如果找到则返回这个字段的直接引用，查找结束。
3）、否则，如果C不是java.lang.Object的话，将会按照继承关系从下往上递归搜索其父类如果找到则返回这个字段的直接引用，查找结束。
4）、否则，查找失败。
如果查找过程成功返回引用，将会地这个字段进行权限验证，如果不具备对字段的访问权限，抛出异常。
3、类方法解析
需先解析出方法表的class_index项中的索引方法所属的类或接口的符号引用，如果解析成功，依然用C表示这个类，
1）、类方法和接口方法符号引用的常量类型定义是分开的，如果在类方法表中发现class_index中索引的C是个接口，那抛出异常。
2）、如果在C中查找到匹配的方法，则返回方法直接引用，查找结束。
3）、否则在类C的父类中递归查找是否有匹配的方法，有则发挥方法直接引用，查找结束。
4）、否则在在类C实现的接口列表及他们的负借口之中进行查找，如果存在匹配的方法，说明C是个抽象类。查找结束，抛出异常。
5）、查找失败。
最后，如果查找过程成功返回了直接引用，将会对这个方法进行权限验证，如果发现不具备对此方法访问权限，抛出异常。
4、接口方法解析
接口方法也需先解析出接口方法表的class_index项中索引的方法所属的类或者接口的符号引用，如果解析成功，用C表示这个接口。
1）、如果C是类，抛出异常。
2）、否则，在接口C中查找是否匹配方法，有则返回，查找结束
3）、否则，在接口C的父接口中递归查找，直到java.lang.Object类为止，如果有则返回方法的直接引用，查找结束。
4）、查找失败。
由于接口中的方法默认都是public，所以不存在访问权限的问题。
初始化
到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的java程序代码。在准备阶段，变量已经赋值过一次系统要求的初试值，而在初始化阶段，则根据程序员通过程序制定的主观
计划去初始化变量和其他资源。即初始化阶段是执行类构造器<clinit>()的过程。
<clinit>()方法是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，定义在他之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但不能访问。
public class Test {
static {
i = 0; //给变量赋值可正常编译通过
System.out.println(i); //这句编译器提示“非法向前引用”
}
static int i = 1;
}
<clinit>()方法与类的构造函数不同，它不需要显示地调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行之前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。因此在
虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法通常肯定是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先于子类的变量赋值操作。
接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化赋值操作，因此接口与类一样会生成<clinit>()方法。但接口与类不同的是，执行接口的<clinit>()方法不需要限制性
父接口的<clinit>()方法。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。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。
虚拟机会保证一个<clinit>()方法在多线程中被正确地加锁、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<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞，在实际应用中这种阻塞是很隐蔽的。
