JVM类加载和初始化时机
摘要：
我们知道，一个.java文件通过编译后会生成对应的一个或多个.class文件（内部类会生成多个），这些Class文件中描述了类的各种信息，并且它们最终都需要被加载到虚拟机中才能被运行和使用。事实上，Java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类的过程，就是虚拟机的类加载机制。如下图
一、类加载机制概述：
与那些在编译时需要进行连接工作的语言不同，在Java语言里面，类的加载和连接都是在程序运行期间完成，这样会在类加载时稍微增加一些性能开销，但是却能为Java应用程序提供高度的灵活性，Java中天生可以动态扩展的语言特性多态就是依赖运行期动态加载和动态链接这个特点实现的。例如，如果编写一个面向接口的应用程序，可以等到运行时再指定其实际的实现类，用户可以通过Java预定义的和自定义类加载器，让一个本地的应用程序可以在运行时从网络或其他地方加载一个二进制流作为程序代码的一部分，这种组装应用程序的方式目前已广泛应用于Java程序之中。从最基础的Applet，JSP到相对复杂的OSGi技术，都使用了Java语言运行期类加载的特性
既然这样，那么：
1. 虚拟机什么时候才会加载Class文件并初始化类呢？（类加载和初始化时机）
2. 虚拟机如何加载一个Class文件呢？（类的加载方式：类加载器，双亲委派机制）
3. 虚拟机加载一个Class文件要经历那些具体的步骤呢？（类加载过程/步骤）
二、类加载的时机：
一个类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接（Linking），如图所示：
加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按
照这种顺序按部就班地开始，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再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）。
特别需要注意的是，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地“开始”，而不是按部就班地“进行”或按部就班地“完成”，强调这点是因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，会在一个阶段执行的过程中调用、激活另一个阶段。
了解了Java类的生命周期后，那么我们现在来回答第一个问题：虚拟机什么时候才会加载Class文件并初始化类呢？
1、 类加载时机：
什么情况下虚拟机需要开始加载一个类呢？虚拟机规范中并没有对此进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现自由把握。
2、 类初始化时机：
那么，什么情况下虚拟机需要开始初始化一个类呢？这在虚拟机规范中是有严格规定的，虚拟机规范指明
有且只有六种情况必须立即对类进行初始化（而这一过程自然发生在加载、验证、准备之后）：
1
）遇到
new
、
getstatic
、
putstatic
或
invokestatic
这四条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化阶段。能够生成这四条指令的典型Java代码场景有：
·
使用
new
关键字实例化对象的时候。
·
读取或设置一个类的静态字段（被
final
修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候。
·
调用一个类的静态方法的时候。
2
）使用
java.lang.reflect
包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
3）当初始化类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，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），虚拟机会先初始化这个主类。
5
）当使用
JDK 7
新加入的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle
实例最后的解析结为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
6
）当一个接口中定义了
JDK 8
新加入的默认方法（被
default
关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。
对于这六种会触发类进行初始化的场景，《
Java
虚拟机规范》中使用了一个非常强烈的限定语——“有且只有”，这六种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。下面举三个例子来说明何为被动引用：
例一：
/**
* 被动使用类字段演示一：
* 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
**/
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!");
}
}
/**
* 非主动使用类字段演示
**/
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(SubClass.value);
}
}
执行代码后可以发现，结果只输出了“SuperClass init！”，而不会输出“SubClass init！”。对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。至于是否要触发子类的加载和验证阶段，在《Java虚拟机规范》中并未明确规定，所以这点取决于虚拟机的具体实现。
在JDK8环境测试了下，结果可以看到，superClass在加载后subClass紧跟着也进行了加载
例二：
/**
* 被动使用类字段演示二：
* 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
*/
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
SuperClass[] subClasses = new SuperClass[10];
}
SuperClass[] subClasses = new SuperClass[10];
}
}
运行之后发现，“SuperClass init！”没有输出，说明并没有初始化SuperClass类。但是，通过字节码中可以看出，这段代码触发了[Lcom/niukl/load/SuperClass的类初始化。从类名称我们可以看出，这个类代表了元素类型为SuperClass的一堆数组，它们是由虚拟机自动生成的，直接继承于Object的子类，创建动作由字节码执行newarray或anewarray触发。
例三：
/**
* 被动使用类字段演示三：
* 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义 常量的 类的初始化
*/
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) {
System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
}
}
上述代码运行之后，只输出 “hello world”，这是因为虽然在Java源码中引用了ConstClass类中的常量
HELLOWORLD
，但是编译阶段将此常量的值“hello world”存储到了NotInitialization常量池中，对常量ConstClass.
HELLOWORLD
的引用实际都被转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就是说，实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口，这两个类在编译为Class文件之后就不存在关系了。