虚拟机类加载机制
1. 概述
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。
2. 类加载的时机
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存结束。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、准备和解析3个部分统称为连接。
什么情况下必须进行加载？
(1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，分别对应new实例化对象、读取或设置类的静态字段（被final修饰，已在编译器把结果存放入常量池的静态字段除外）、调用类的静态方法。
(2) 使用reflect包的方法对类进行反射调用
(3) 当初始化类的时候，发现其父类还没有进行初始化，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），虚拟机先初始化这个类
被动引用：
(1) 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
(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定义常量的类，因此不会触发定义常量类的初始化
3. 类加载的过程
(1) 加载
加载过程需要完成的3件事情
a. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
b. 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
c. 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。然后在内存中实例化一个Class类的对象（Class对象比较特殊，他虽然是对象，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数据类型的外部接口。
加载过程是通过类加载器完成的。
加载过程与连接过程的部分内容是交叉进行的，加载先开始，但是在尚未完成的时候，连接阶段是可能开始的。
(2) 验证（确保被加载的类的正确性）
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。
a. 文件格式验证：是否满足Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理
b. 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以确保其描述的信息符合java语言规范的要求。包括这个类是否有父类，是否继承了不允许继承的类。
c. 字节码验证：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。
d. 符号引用验证：校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化发生在解析阶段。符号引用的目的是确保解析动作能正常执行。
验证过程是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响。
(3) 准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这时候进行内存分配的仅包括类变量（不包括实例变量），这里的初始化指的是数据类型的零值。例如：public static int value = 123; 准备阶段value=0而不是123.public static final int value = 123;value=123.
(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。解析过程主要针对类或接口、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
符号引用：一组符号来描述目标，可以是任何字面量
直接引用：直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
(5) 初始化
类初始化阶段是类加载过程的最后一步，前面的类加载过程中，除了在加载阶段用户可以自定义类加载器之外，其余的动作完全是由虚拟机主导与控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的java程序代码（字节码）。初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。父类的初始化先进行。
<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量（static变量）的赋值动作和静态语句块（static{}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所决定的。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。
<clinit>()方法与实例构造器<init>()方法不同，它不需要显式地调用父类构造器，虚拟机在保证子类的<clinit>()方法执行前，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>()方法的类肯定是java.lang.Object。
(1) <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，也没有对类变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。
(2) 接口中不能使用静态语句块，但仍然有类变量（static final）初始化的赋值操作，因此接口与类一样会生成<clinit>()方法。但是接口与类不同的是：执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法，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。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。
(3) 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁和同步，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<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，那就可能造成多个线程阻塞，在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的。
(4) <clinit>()方法只会执行一次，即类的初始化只进行一次。
4. 类加载器
虚拟机把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”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要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。
(1) 类与类加载器
类加载器用于实现类的加载过程，对于任何一个类，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。
(2) 双亲委派模型
类加载器分为：
a.启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器存放在<java_home>\lib目录中，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中，无法被java程序直接引用。
b. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载<java_home>\lib\ext目录中的类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。
c. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户类路径（ClassPath）上指定的类库。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默认的类加载器。
双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，他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，子加载器才会尝试自己去加载。
5. 自定义加载器
自定义加载器的意义：
(1) 当class文件不在ClassPath路径下，默认系统类加载器无法找到该class文件，在这种情况下我们需要实现一个自定义的ClassLoader来加载特定路径下的class文件生成class对象。
(2) 当一个class文件是通过网络传输并且可能会进行相应的加密操作时，需要先对class文件进行相应的解密后再加载到JVM内存中，这种情况下也需要编写自定义的ClassLoader并实现相应的逻辑。
(3) 当需要实现热部署功能时（一个class文件通过不同的类加载器产生不同的class对象从而实现热部署功能），需要实现自定义ClassLoader的逻辑。
6. 类的实例化
创建对象的方式：
(1) 使用new关键字创建对象
(2) 使用Class类的newInstance方法（反射机制）
(3) 使用Constructor类的newInstance方法（反射机制）
(4) 使用Clone方法创建对象
(5) 使用（反）序列化机制创建对象
实例化过程：
(1) 当一个对象被创建时，虚拟机就会给实例变量分配内存并初始化为默认值
(2) 实例变量和实例代码块初始化
(3) 构造函数初始化
对象创建过程顺序图：
