JVM：类加载的五个过程：加载、验证、准备、解析、初始化

类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、解析这3个部分统称为连接，如下图所示。

类加载的过程

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（也称为动态绑定或晚期绑定）。注意，这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成的，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。

1. 加载

加载 - 转自Carson_Ho

加载阶段主要查找并加载类的二进制数据。在该阶段，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转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。

相对于类加载的其他阶段，一个非数组类的加载阶段是开发人员可控性最强的阶段，因为该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，开发人员可以通过定义自己的类加载器去控制字节流的获取方式。

对于数组类，其本身不通过类加载器创建，它是由Java虚拟机直接创建的。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靠类加载器去创建。一个数组类的创建过程遵循以下规则：

如果数组的组件类型是引用类型，那就递归采用本节中定义的加载过程去加载这个组件类型，数组类将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识。
如果数组的组件类型不是引用类型（如int[]数组），Java虚拟机将会把数组类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的可见性一致，如果组件类型不是引用类型，那数组类的可见性默认为public。

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java.lang.Class类的对象，这个对象将作为程序访问方法区中的这些数据的外部接口。

2. 验证

验证 - 转自Carson_Ho

验证阶段主要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。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：

（1）文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范，而且能被当前版本的虚拟机处理。这一阶段可能包括下面这些验证点：

是否以0xCAFEBABE开头。
主、次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内。
常量池中的常量是否有不被支持的常量类型。
指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量。
Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息。

第一阶段的验证点远不止这些，该验证阶段的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区内，格式上符合描述一个Java类型信息的要求。该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的方法区中进行存储，所以后面的3个验证阶段都是基于方法区的存储结构进行的，不会再直接操作字节流。

（2）元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求，这个阶段可能包括的验证点：

这个类是否有除了java.lang.Object之外的父类。
这个类的父类是否继承了不允许被继承的类（被final修饰的类）。
如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口中要求实现的所有方法。
类中的字段、方法是否与父类产生矛盾。

（3）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。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体进行校验分析，保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件，例如：

保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作。
保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。
保证方法体中的类型转换是有效的。

（4）符号引用验证：最后一个阶段的校验发生在解析阶段，其对类自身以外（常量池中的各种符号引用）的信息进行匹配性校验，通常需要校验以下内容：

符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类。
在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段。
符号引用中的类、字段、方法的访问性是否可被当前类访问。

符号引用验证的目的是确保解析动作能正常执行，如果无法通过符号引用验证，那么将会抛出异常。该阶段是一个非常重要的、但不是一定必要的阶段。

3. 准备

准备 - 转自Carson_Ho

准备阶段主要为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值，这些内存都将在方法区中分配。

该阶段有两点需要注意：

（1）首先，这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），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。

（2）其次，这里所设置的初始值通常是数据类型默认的初始值，而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。这里还需要注意如下几点：

对基本数据类型来说，对于类变量（static）和全局变量，如果不显式地对其赋值而直接使用，则系统会为其赋予默认的零值，而对于局部变量来说，在使用前必须显式地为其赋值，否则编译时不通过。
对于同时被static和final修饰的常量，必须在声明的时候就为其显式地赋值，否则编译时不通过；而只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值，也可以在类初始化时显式地为其赋值，总之，在使用前必须为其显式地赋值，系统不会为其赋予默认零值。
对于引用数据类型来说，如数组引用、对象引用等，如果没有对其进行显式地赋值而直接使用，系统都会为其赋予默认的零值，即null。
如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值，那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认的零值。

如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性（同时被final和static修饰），那在准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值，假设类变量value被定义为：

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赋值为123。

4. 解析

解析 - 转自Carson_Ho

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。符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量；直接引用就是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。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符这7类符号引用进行。下面将讲解前面4种引用的解析过程。