一、过程概述

java 源文件编译后会生成一个 .class文件存储在硬盘上。

在程序运行时，会将用到的类文件加载到 JVM 内存中。从磁盘到内存的过程总共分为三个步骤：加载、连接、初始化。

1. Loading
2. Linking
3. Initializing

二、Loading

Loading 过程是把一个 class 文件加载到内存中去。

2.1 类加载器

JVM 加载类的方式是按需动态加载，采用双亲委派机制。

认识几种系统提供的类加载器：

1. Bootstrap 启动类加载器，负责加载指定目录——JAVA_HOME/lib下的 rt.jar、charset.jar 等核心类库，由 C++实现，是JVM 的不可分割的一部分。类加载范围可以在 Launcher 类中查看：
   

2. ExtClassLoader 扩展类加载器，负责加载指定目录——JAVA_HOME/lib/ext 下的扩展包，或者也可以由 -Djava.ext.dirs 参数指定。类加载范围可以在 Launcher 类中查看：
   

3. AppClassLoader 应用类加载器，加载用户应用的 classpath 下的 class 文件，这是应用程序的默认类加载器，用户自定义的类都是通过这个类加载器来加载。类加载范围可以在 Launcher 中查看：
   

4. 自定义类加载器，开发者自定义的 ClassLoader，继承自 ClassLoader 抽象类，并重写 findClass(…) 。

类加载器（除 C++实现的 Bootstrap 外）本身就是一个普通的 class，JVM 所有的 class 都是被类加载器加载到内存的。

public class TestLoadClass {public static void main(String[] args) {System.out.println(TestLoadClass.class.getClassLoader());System.out.println(TestLoadClass.class.getClassLoader().getParent());// Bootstrap 由 C++ 实现，Java 中没有具体的类与之对应，故返回 nullSystem.out.println(TestLoadClass.class.getClassLoader().getParent().getParent());}
}

output:
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@58644d46
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4554617c
null

2.2 双亲委派机制

JVM 加载类时处于安全考虑，基础类和扩展类等，都必须由指定的类加载器来加载，不同的类加载器有自己的命名空间，同一个类，如果由不同的类加载器加载，会在内存中存在多份类对象。也正因如此，JVM 的类加载机制要求诸如 java.lang.Object 这种基础类必须由最基础的 Bootstrap 来加载。

因此，整个 Loading 的过程就成了：底层类加载器收到类加载请求后，必须将请求层层传递给父级加载器检查，确认是否应该由父级加载器加载，若由于父加载器的指定类路径中没有该类文件，就会再层层向下返回，最终才会去加载：

Tip：注意，AppClassLoader 的父加载器是 ExtClassLoader，ExtClassLoader的父加载器是Bootstrap 加载器。
这里的父加载器并不是 Java 多态中语法的 extends 继承关系，而是一种架构上的层级关系，AppClassLoader 和 ExtClassLoader 之间没有任何继承关系，它们在语法上，都继承自 ClassLoader 抽象类，实际上 ClassLoader 中维护了一个 ClassLoader parent 引用，这才是 “双亲” 的真实面目，即 AppClassLoader 的父加载器实际上是其内部的一个组合对象。

2.3 类在内存中的结构

加载的时候，创建了两块内容，第一块内容是把 Xxx.class 二进制扔到内存中，第二块内容是生成一个 Class 类的对象，该对象中的变量会指向前一块的实际内存地址（这一步实际上是Resolution 的过程）。

三、Linking

Linking，连接，这是一个大的步骤，其中又分为三个小步骤：

1. Verification 验证
2. Preparation 准备
3. Resolution 解析

验证：校验 class 文件格式是否符合 jvm 规范，如开头的魔数等。
准备：将 class 中的静态变量赋默认值，所谓默认值，举个例子，int 类型默认值是 0，String 类型默认值是 null。
解析：把class 文件常量池中的符号引用转化为直接内存地址。

四、Initializing

初始化，区别于 Linking 中的 Preparation ，此过程将静态变量赋初始值。比如：

public static int num = 8;

这个 num 静态变量会在 Preparation 阶段赋值 0 ，在 Initializing 阶段赋值 8。

Java初始化的时机，JVM规范中有明确规定，自然，加载也一定是在初始化之前完成。JVM规范中定义了以下这些必须初始化完毕的场景：

1. new
2. 读取和设置 static 变量，只触发直属类的初始化（例如，子类直接引用父类中的 static 变量，只初始化父类）
3. 调用 static 方法
4. 子类初始化之前，父类必须完成初始化
5. main 函数所在的类在执行之前必须完成初始化
6. 通过反射获取类信息

注意：对于 static final 类型的属性，在编译之后即存储在字节码文件的常量池中，直接引用它不会触发初始化。

记忆技巧：

1. new 是创建对象，而对象的创建一定需要类信息的支持
2. static 变量和方法，又称为类变量、类方法，它们都需要类指针来访问。
3. main也属于static 方法
4. 子类是父类的扩展，子类都要初始化了，父类当然一定要先初始化
5. 反射是使用类信息的一种技术，当然需要先初始化类