1 JVM整體的運行原理
（1）首先將“.java”代碼文件，編譯成“.class”字節(jié)碼文件。
（2）類加載器把“.class”字節(jié)碼文件中的類加載到JVM中。
（3）JVM來執(zhí)行我們寫好的那些類中的代碼。
2 類加載的時機(jī)
類從被加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中開始，到卸載出內(nèi)存為止，它的整個生命周期包括：加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用和卸載7個階段。其中驗證、準(zhǔn)備、解析3個部分統(tǒng)稱為連接。
加載、驗證、準(zhǔn)備、初始化和卸載這5個階段的順序是確定的，類的加載過程必須按照這種順序按部就班地開始，而解析階段則不一定：它在某些情況下可以在初始化階段之后再開始，這是為了支持Java語言的運行時綁定（也稱為動態(tài)綁定或晚期綁定）。注意，這里寫的是按部就班地“開始”，而不是按部就班地“進(jìn)行”或“完成”，強(qiáng)調(diào)這點是因為這些階段通常都是互相交叉地混合式進(jìn)行的，通常會在一個階段執(zhí)行的過程中調(diào)用、激活另外一個階段。
什么情況下需要開始類加載過程的第一個階段：加載？Java虛擬機(jī)規(guī)范中并沒有進(jìn)行強(qiáng)制約束，這點可以交給虛擬機(jī)的具體實現(xiàn)來自由把握。但是對于初始化階段，虛擬機(jī)規(guī)范則是嚴(yán)格規(guī)定了有且只有5種情況必須立即對類進(jìn)行“初始化”（而加載、驗證、準(zhǔn)備自然需要在此之前開始）：
（1）使用new關(guān)鍵字實例化對象的時候、讀取或設(shè)置一個類的靜態(tài)字段（被final修飾、已在編譯器把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外）的時候、以及調(diào)用一個類的靜態(tài)方法的時候。
（2）使用java.lang.reflect包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時候，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
（3）當(dāng)初始化一個類的時候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化。
（4）當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類（包含main()方法的那個類），虛擬機(jī)會先初始化這個主類。
（5）當(dāng)使用JDK1.7的動態(tài)語言支持時，如果一個java.lang.invoke.MethodHandle實例最后的解析結(jié)果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個方法句柄所對應(yīng)的類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
注意：
（1）對于靜態(tài)字段，只有直接定義這個字段的類才會被初始化，因此通過子類來引用父類中定義的靜態(tài)字段，不會導(dǎo)致子類的初始化。
public class SuperClass {
static {
System.out.println("SuperClass init!");
}
public static int value = 123;
}
public class SubClass extends SuperClass {
static {
System.out.println("SubClass init!");
}
}
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
// 輸出SuperClass init!
// 輸出123
System.out.println(SubClass.value);
}
}
（2）通過數(shù)組定義來引用類，不會觸發(fā)此類的初始化。
public class SuperClass {
static {
System.out.println("SuperClass init!");
}
public static int value = 123;
}
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
// 沒有輸出
SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
}
}
（3）常量在編譯階段會存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上并沒有直接引用到定義常量的類，因此不會觸發(fā)定義常量的類的初始化。
public class ConstClass {
static {
System.out.println("ConstClass init!");
}
public static final String HELLOWORLD = "hello world";
}
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
// 只輸出hello world
System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
}
}
接口也有初始化過程，這點與類是一致的。接口與類真正有所區(qū)別的是前面講述的5種“有且僅有”需要開始初始化場景中的第3種：當(dāng)一個類在初始化時，要求其父類全部都已經(jīng)初始化過了，但是一個接口在初始化時，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時候（如引用接口中定義的常量）才會初始化。
3 類加載的過程
3.1 加載
加載是類加載過程的一個階段。在加載階段，虛擬機(jī)需要完成一下3件事情：
（1）通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流。
（2）將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
（3）在內(nèi)存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口。
3.2 驗證
驗證是連接階段的第一步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會危害虛擬機(jī)自身的安全。
驗證階段大致上會完成4個階段的檢驗動作：文件格式驗證、元數(shù)據(jù)驗證、字節(jié)碼驗證、符號引用驗證。
3.3 準(zhǔn)備
準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些變量所使用的內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配。
這時候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量（被static修飾的變量），而不包括實例變量，實例變量將會在對象實例化時隨著對象一起分配在堆內(nèi)存中。
假設(shè)一個類變量的定義為“public static int value = 123;”，那變量value在準(zhǔn)備階段過后的初始值為0而不是123；假設(shè)上面類變量value的定義變?yōu)椤皃ublic static final int value = 123;”，在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)就會將value賦值為123。
3.4 解析
解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程。
3.5 初始化
初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>()方法的過程。
（1）<clinit>()方法是由編譯器自動收集類中的所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊（static{}塊）中的語句合并產(chǎn)生的，編譯器收集的順序是由語句在源文件中出現(xiàn)的順序所決定的，靜態(tài)語句塊中只能訪問到定義在靜態(tài)語句塊之前的變量，定義在它之后的變量，在前面的靜態(tài)語句塊可以賦值，但是不能訪問。
（2）虛擬機(jī)會保證在子類的<clinit>()方法執(zhí)行之前，父類的<clinit>()方法已經(jīng)執(zhí)行完畢。因此在虛擬機(jī)中第一個被執(zhí)行的<clinit>()方法的類肯定是java.lang.Object。
（3）由于父類的<clinit>()方法先執(zhí)行，也就意味著父類中定義的靜態(tài)語句塊要優(yōu)先于子類的變量賦值操作。
（4）<clinit>()方法對于類或接口來說并不是必需的。
（5）接口中不能使用靜態(tài)語句塊，但仍然有變量初始化的賦值操作。接口與類不同的是，執(zhí)行接口的<clinit>()方法不需要先執(zhí)行父接口的<clinit>()方法。只有當(dāng)父接口中定義的變量使用時，父接口才會初始化。另外，接口的實現(xiàn)類在初始化時也一樣不會執(zhí)行接口的<clinit>()方法。
（6）虛擬機(jī)會保證一個類的<clinit>()方法在多線程環(huán)境中被正確地加鎖、同步，如果多個線程同時去初始化一個類，那么只會有一個線程去執(zhí)行這個類地<clinit>()方法，其它線程都需要阻塞等待，直到活動現(xiàn)場執(zhí)行<clinit>()方法完畢。需要注意的是，其它線程雖然會被阻塞，但如果執(zhí)行<clinit>()方法的那條線程退出<clinit>()方法后，其它線程喚醒之后不會再次進(jìn)入<clinit>()方法。同一個類加載器下，一個類型只會初始化一次。
4 類加載器
類加載器雖然只用于實現(xiàn)類的加載動作，但它在Java程序中起到的作用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不限于類的加載階段。對于任意一個類，都需要由加載它的類加載器和這個類本身一同確立其在Java虛擬機(jī)中的唯一性，每一個類加載器，都擁有一個獨立的類名稱空間。通俗地說，比較兩個類是否“相等”，只有在這兩個類是由同一個類加載器加載的前提下才有意義，否則，即使這兩個類來源于同一個class文件，被同一個虛擬機(jī)加載，只要加載它們的類加載器不同，那這兩個類必定不相等。
4.1 類加載器的種類
（1）啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：C++編寫。加載$JAVAHOME/jre/lib中的所有類庫。
（2）擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：Java編寫。加載$JAVAHOME/jre/lib/ext或者系統(tǒng)變量java.ext.dirs指定的目錄中的所有類庫。
（3）應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader）：Java編寫。加載用戶類路徑（ClassPath）上所指定的類庫，開發(fā)者可以直接使用這個類加載器，如果應(yīng)用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認(rèn)的類加載器。
（4）自定義類加載器：Java編寫。
4.2 雙親委派模型
雙親委派模型的工作過程是：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器去完成，每一個層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請求最終都應(yīng)該傳送到頂層的啟動類加載器中，只有當(dāng)父加載器反饋自己無法完成這個加載請求（它的搜索范圍中沒有找到所需的類）時，子加載器才會嘗試自己去加載。
使用雙親委派模型來組織類加載器之間的關(guān)系，有一個顯而易見的好處就是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級的層次關(guān)系。如果沒有使用雙親委派模型，由各個類加載器自行去加載的話，如果用戶自己編寫了一個稱為java.lang.Object的類，并放在程序的ClassPath中，那系統(tǒng)中將會出現(xiàn)多個不同的Object類，Java類型體系中最基礎(chǔ)的行為也就無法保證，應(yīng)用程序也將會變得一片混亂。如果讀者有興趣的話，可以嘗試去編寫一個與rt.jar類庫中已有類重名的Java類，將會發(fā)現(xiàn)可以正常編譯，但永遠(yuǎn)無法被加載運行。
5 loadClass和forName的區(qū)別
Class.forName得到的class是已經(jīng)初始化完成的，ClassLoader.loadClass得到的class是還沒有連接的。
public class Robot {
static {
System.out.println("Hello Robot");
}
}
public class LoadDifference {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
ClassLoader loader = Robot.class.getClassLoader();
Class c1 = loader.loadClass("load.Robot");// 不打印
Class c2 = Class.forName("load.Robot");// 打印
}
}
