------ 摘自 周志明 《深入理解Java虚拟机》
类加载的时机
一个类型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）。这七个阶段的发生顺序如图7-1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，类型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）。请注意，这里笔者
写的是按部就班地“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。
类加载的过程
加载
“加载”（Loading）阶段是整个“类加载”（Class Loading）过程中的一个阶段，希望读者没有混淆
这两个看起来很相似的名词。在加载阶段，Java虚拟机需要完成以下三件事情：
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。
加载阶段结束后，Java虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所设定的格式存储在方法区之中了，方法
区中的数据存储格式完全由虚拟机实现自行定义，《Java虚拟机规范》未规定此区域的具体数据结构。类
型数据妥善安置在方法区之后，会在Java堆内存中实例化一个java.lang.Class类的对象，这个对象将作为
程序访问方法区中的类型数据的外部接口。
验证
验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是确保Class文件的字节流中包含的信息符合《Java虚拟机规范》
的全部约束要求，保证这些信息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致上会完成下面四
个阶段的检验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。
文件格式验证
第一阶段要验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。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之内，格式上符合描述一个Java类型信息的要求。这
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之后，这段字节流才被允许进入Java虚拟
机内存的方法区中进行存储，所以后面的三个验证阶段全部是基于方法区的存储结构上进行的，不会再直接读取、
操作字节流了。
元数据验证
第二阶段是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
可能包括的验证点如下：
·这个类是否有父类（除了java.lang.Object之外，所有的类都应当有父类）。
·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之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（例如覆盖了父类的final字段，或者出现不符合规则的方
法重载，例如方法参数都一致，但返回值类型却不同等）。
·……
第二阶段的主要目的是对类的元数据信息进行语义校验，保证不存在与《Java语言规范》定义相悖的元数据信息。
字节码验证
第三阶段是整个验证过程中最复杂的一个阶段，主要目的是通过数据流分析和控制流分析，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校验完毕以后，这阶段就要对类的方法体（Class文件
中的Code属性）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行为。
符号引用验证
最后一个阶段的校验行为发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用[3]的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段
——解析阶段中发生。符号引用验证可以看作是对类自身以外（常量池中的各种符号引用）的各类信息进行匹配
性校验，通俗来说就是，该类是否缺少或者被禁止访问它依赖的某些外部类、方法、字段等资源。本阶段通常需
要校验下列内容：
·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、方法的可访问性（private、protected、public、<package>）是否可被当
前类访问。
·……
符号引用验证的主要目的是确保解析行为能正常执行，如果无法通过符号引用验证，Java虚拟机
将会抛出一个java.lang.IncompatibleClassChangeError的子类异常，典型的如：
java.lang.IllegalAccessError、java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchMethodError等。
验证阶段对于虚拟机的类加载机制来说，是一个非常重要的、但却不是必须要执行的阶段，因为
验证阶段只有通过或者不通过的差别，只要通过了验证，其后就对程序运行期没有任何影响了。如果
程序运行的全部代码（包括自己编写的、第三方包中的、从外部加载的、动态生成的等所有代码）都
已经被反复使用和验证过，在生产环境的实施阶段就可以考虑使用-Xverify：none参数来关闭大部分的
类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。
准备
准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值
的阶段。
关于准备阶段，还有两个容易产生混淆的概念笔者需要着重强调，首先是这时候进行内存分配的
仅包括类变量，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。其
次是这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值，假设一个类变量的定义为：
public static int value = 123;
那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123，因为这时尚未开始执行任何Java方法，而把
value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器<clinit>()方法之中，所以把value赋
值为123的动作要到类的初始化阶段才会被执行。
上面提到在“通常情况”下初始值是零值，那言外之意是相对的会有某些“特殊情况”：如果类字段
的字段属性表中存在ConstantValue属性，那在准备阶段变量值就会被初始化为ConstantValue属性所指定
的初始值，假设上面类变量value的定义修改为：
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Con-stantValue的设置
将value赋值为123。
解析
解析阶段是Java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（Symbolic References）：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何
形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引
用的目标并不一定是已经加载到虚拟机内存当中的内容。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，
但是它们能接受的符号引用必须都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在《Java虚拟机规
范》的Class文件格式中。
·直接引用（Direct References）：直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能
间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局直接相关的，同一个符号引用在不同虚
拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在虚拟机
的内存中存在。
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，分别对应于常量池的CONSTANT_Class_info、CON-STANT_Fieldref_info、
CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info、
CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_MethodHandle_info、CONSTANT_Dyna-mic_info和
CONSTANT_InvokeDynamic_info 8种常量类型
初始化
类的初始化阶段是类加载过程的最后一个步骤，之前介绍的几个类加载的动作里，除了在加载阶
段用户应用程序可以通过自定义类加载器的方式局部参与外，其余动作都完全由Java虚拟机来主导控
制。直到初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程
序。
进行准备阶段时，变量已经赋过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段，则会根据程序员通过程序
编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。我们也可以从另外一种更直接的形式来表达：初始化
阶段就是执行类构造器<clinit>()方法的过程。<clinit>()并不是程序员在Java代码中直接编写的方法，
它是Javac编译器的自动生成物。
·<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）中的
语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的，静态语句块中只能访问
到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访
问，如代码清单7-5所示。
代码清单7-5 非法前向引用变量
public class Test {
static {
i = 0; // 给变量复制可以正常编译通过
System.out.print(i); // 这句编译器会提示“非法向前引用”
}
static int i = 1;
}
·<clinit>()方法与类的构造函数（即在虚拟机视角中的实例构造器<init>()方法）不同，它不需要显
式地调用父类构造器，Java虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行前，父类的<clinit>()方法已经执行
完毕。因此在Java虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法的类型肯定是java.lang.Object。
·接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成<clinit>()方法。
但接口与类不同的是，执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法，因为只有当父接口
中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。此外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的
<clinit>()方法。
·Java虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁同步，如果多个线程同时去初始
化一个类，那么只会有其中一个线程去执行这个类的<clinit>()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线
程执行完毕<clinit>()方法。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，那就可能造成多个进程阻塞，
在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的。
需要注意，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行＜clinit＞()方法的那条线程退出＜clinit＞()方法后，其他线程唤
醒后则不会再次进入＜clinit＞()方法。同一个类加载器下，一个类型只会被初始化一次。
