虚拟机类加载学习和思考
什么是虚拟机类加载？在Java文件编译好到被虚拟机执行的流程中处于哪个步骤？
类加载的总体流程
我们知道，Java代码最终是要交由虚拟机来执行的。虚拟机要想执行编译好的class文件，首先要把class文件加载到内存并做一系列处理形成可以被虚拟机使用的Java类型。那从class文件到被可以被虚拟机所用需要经历那些步骤呢?
一般来讲类的生命周期为：加载->连接->初始化->使用->卸载。其中：连接部分有可以分为：验证->准备->解析。所以类的生命周期为：加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载。类加载为从加载阶段到初始阶段。
其中:对于类初始化（区别于对象初始化/实例化）的时机，虚拟机有严格的定义，只有满足以下情况时才会触发类的初始化操作（而且类只会初始化一次。）。
- 当有new、putstatic、getstatic、invokestatic操作时。其中：new对应于标准实例化操作；putstatic和getstatic对应于对静态变量设值或取值操作；invokestatic对应于调用类的静态方法操作
- 当使用java.lang.reflect下的包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化
- 当一个类进行初始化时，如果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。
- main方法。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类
上面这些情况都称之为主动引用。即主动引用会触发类的初始化操作。相对主动引用，被动引用不会触发类的初始化操作。下面几种是被动引用比较容易引起误解的情况：
- 子类调用父类的静态方法不会引起子类初始化操作
- 数组操作不会引起类初始化操作
- 引用静态常量不会引起类初始化操作
类加载的详细流程
- 加载
加载区别于类加载，（显然，加载是类加载的一个环节，而且是第一个环节）。加载阶段可以分为三步：
- 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制流
- 将这个二进制流所代表的静态结构转变成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结构的入口
加载阶段相对于虚拟机类加载的其他阶段是比较宽松的。这里的宽松就是没有强制指定要加载的文件格式。也就是没有指明二进制字节流要从一个class文件中获取，准确说是没有指明要从哪里获取，怎么获取。目前用的比较多的二进制流获取来源有：
- 从ZIP包中获取
- 从网络中获取，这种场景最典型的应用就是Applet
- 运行时计算生成，这种场景使用最多的就是动态代理技术
- 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
- 从数据库中获取
方法区中存放的内容有：类信息、常量、静态变量等。加载第一步获取二进制流以后，第二步就将类的各种信息提起后存放在方法区。
加载第三步是生成一个代表这个类的java.lang.Class对象作为这个类各种数据结构的入口。该类的Class对象用来描述这个类的各种属性信息，例如类名称，包名，方法，属性等信息。然后通过该对象访问方法区存放的类信息。
- 连接之验证
验证的目的是确保Class文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
- 连接之准备
准备阶段的作用是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值。这些变量所使用的内存都将在方法区中分配。注意两点：
- 类变量是指静态变量（被static修饰的变量），不包括实例变量
- 设置类变量初始值指的是为类变量赋值为数据类型的零值。例如：int的零值为0等。而为静态变量赋值为程序员指定值则在初始化阶段
- 连接之解析
解析是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
- 初始化
初始化阶段是类加载的最后一个阶段。前面的类加载过程中，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余动作完全由虚拟机主动控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。
初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。
- <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。定义在它后面的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。
- <clinit>方法与类的构造函数（或者说实例构造器<init>()）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<cliinit>()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>方法的类肯定是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。
- <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。
- 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。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。
- 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<clinit>()方法完毕。
类加载器
前面也已经提到，在类加载过程阶段的加载，验证，准备，解析阶段用户程序可以自定义的也就只有类加载器了。更详细的讲，虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过类的全限定名来获取描述此类的二进制流”的这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类，实现这个动作的代码模块成为“类加载器”。
类加载器是一个比较重要的知识点。需要详细的去学习。这里有一个很优秀的文章：深入探讨Java类加载器
思考
1.触发类初始化的动作验证
声明一个InitClass用来测试使用。
public class InitClass { public static String init = "init"; static{ System.out.println("init complete"); } protected static void invokeStatic(){} }
a.当有new、putstatic、getstatic、invokestatic操作时，发现均打印出了init complete。具体测试代码如下：
public class InvokeClass { public static void main(String[] args) { InitClass initClass = new InitClass();// new System.out.println(InitClass.init);//get InitClass.init = "put value to init ";//put InitClass.invokeStatic();//invokestatic } }
b.当使用java.lang.reflect下的包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化
private static void b() throws IllegalAccessException, InstantiationException { Class clazz = InitClass.class; InitClass initClass = (InitClass) clazz.newInstance(); }
c.当一个类进行初始化时，如果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。
声明一个SuperClass并让InitClass继承它。
public class SuperClass { static { System.out.println("super class init"); } } public class InitClass extends SuperClass{ }
当执行InvokeClass类的main函数时，发现总是会先打印出SuperClass类里面的"super class init"
d.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类
这个其实可以推导出来。因为main方法是static的，根据a的规则，那在调用main方法所在的类时，自然会出现化该类，因为该类是static的。
2.类初始化规则的验证
a.静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量。定义在它后面的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。
3.java.lang.Class
参考：
2.《深入理解Java虚拟机》-周志明
