虛擬機把描述類的數據從Class文件加載到內存，并對數據進行校驗、轉換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機直接使用的Java類型，這就是虛擬機的類加載機制。

類從被加載到虛擬機內存開始，到卸載出內存為止，它的整個生命周期包括：加載、驗證、準備、解析、初始化、使用和卸載七個階段。

類的生命周期

1.加載

"加載"是"類加載"這個過程的一個階段，是 “類加載”過程中最先開始進行的操作，加載階段，虛擬機需要完成三件事：

根據類的全限定名獲取定義此類的二進制字節流；

將這個字節流代表的靜態存儲結構轉換為方法區的運行時數據結構；

在方法區中為這個類生成一個java.lang.Class對象，作為方法區這個類的訪問入口。

2.驗證

驗證是連接的第一步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節流包含的信息符合當前虛擬機的要求，并且不會危害到虛擬機自身的安全。虛擬機如果不檢查輸入的字節流，對其完全信任的話，很可能會因為載入了有害字節流而導致系統崩潰。

（1）文件格式驗證

檢查字節流是否符合Class文件格式的規范，并且能被當前版本的虛擬機處理：

• 是否以魔數0XCAFEBABE開頭。
• 主、次版本號是否存在當前虛擬機處理范圍內。
• 常量池的常量是否有不被支持的常量類型。
• ... ...

（2）元數據驗證

對字節碼描述的信息進行語義分析，以保證其描述的信息符合Java語言規范的要求：

• 這個類是否有父類。
• 這個類的父類是否繼承了不允許繼承的類。
• 如果這個類不是抽象類，是否實現了其父類或接口之中要求實現的所有方法。
• ... ...

（3）字節碼驗證

（4）符號引用驗證

3.準備

準備階段是正式為類變量分配內存并設置類變量初始值的階段，這些變量所使用的內存都將在方法區中進行分配。

4.解析

解析階段是虛擬機將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程。

5.初始化

前面的類加載過程中，除了在加載階段用戶應用程序可以通過自定義類加載器參與之外，其余動作完全由虛擬機主導和控制。到了初始化階段，才真正開始執行類中定義的Java程序代碼。

虛擬機規范嚴格規定了有且只有5種情況必須立即對類進行“初始化”：

（1）遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這4條字節碼指令時，如果類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。生成這4條指令的最常見的Java代碼場景是：使用new關鍵字實例化對象的時候、讀取或設置一個類的靜態字段的時候、調用一個類的靜態方法的時候。

（2）使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射調用的時候，如果類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。

（3）當初始化一個類的時候，如果發現其父類還沒有進行過初始化，則需要先觸發其父類初始化。

（4）當虛擬機啟動時，用戶需要指定一個要執行的主類（包含main()方法的類），虛擬機會先初始化這個主類。

（5）當使用JDK1.7的動態語言支持時，如果一個java.lang.invoke.MethodHandle實例最后的解析結果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個方法句柄所對應的類沒有進行過初始化，則需要先觸發初始化。

6.類加載器雙親委派模型

從Java虛擬機的角度來說，只存在兩種不同的類加載器：一種是啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader），這個類加載器使用C++語言實現（HotSpot虛擬機中），是虛擬機自身的一部分；另一種就是所有其他的類加載器，這些類加載器都有Java語言實現，獨立于虛擬機外部，并且全部繼承自java.lang.ClassLoader。

從開發者的角度，類加載器可以細分為：

啟動類加載器：負責將 Java_Home/lib下面的類庫加載到內存中（比如rt.jar）。由于引導類加載器涉及到虛擬機本地實現細節，開發者無法直接獲取到啟動類加載器的引用，所以不允許直接通過引用進行操作。

擴展類加載器：由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現。它負責將Java_Home /lib/ext或者由系統變量 java.ext.dir指定位置中的類庫加載到內存中。開發者可以直接使用標準擴展類加載器。

應用程序類加載器：由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader實現的。它負責將系統類路徑（CLASSPATH）中指定的類庫加載到內存中。開發者可以直接使用這個類加載器。

除此之外，還有自定義的類加載器，它們之間的層次關系被稱為類加載器的雙親委派模型。該模型要求除了頂層的啟動類加載器外，其余的類加載器都應該有自己的父類加載器，而這種父子關系一般通過組合（Composition）關系來實現，而不是通過繼承（Inheritance）。

類加載器雙親委派模型

雙親委派模型的工作原理是，如果一個類加載器收到了類加載請求，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執行，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該傳送到頂層的啟動類加載器中，只有當父類加載器反饋自己無法完成這個加載請求時，子加載器才會嘗試自己去加載。

優勢：（1）采用雙親委派模式的是好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優先級的層次關系，通過這種層級關可以避免類的重復加載，當父親已經加載了該類時，就沒有必要子ClassLoader再加載一次。（2）實現簡單，邏輯清晰易懂。

總結

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