概述

在Java中数据类型分为基本数据类型和引用数据类型。基本数据类型由虚拟机预先定义，引用数据类型则需要进行类的加载。
按照Java虚拟机规范，从class文件到加载到内存中的类，到类卸载出内存为止，它的整个生命周期包括如下7个阶段：
其中，验证、准备、解析3个部分统称为链接（Linking）
类的加载过程（类的生命周期）详解 - 图1

类加载过程

public class Loader {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("谢谢ClassLoader加载我....");
        System.out.println("你的大恩大德，我下辈子再报！");
    }
}

它的加载过程是怎么样的呢?

执行 main() 方法（静态方法）就需要先加载main方法所在类 Loader
加载成功，则进行链接、初始化等操作。完成后调用 Loader 类中的静态方法 main
加载失败则抛出异常

类的加载过程（类的生命周期）详解 - 图2

Loading加载阶段

加载

通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
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
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class文件的方式
从本地系统中直接加载，读取.class后缀的文件。常用
通过网络获取，典型场景：Web Applet
从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础
运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
由其他文件生成，典型场景：JSP应用从专有数据库中提取.class文件，比较少见
从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施

如果输入数据不是ClassFile的结构，则会抛出ClassFormatError。

数组类的加载

创建数组类的情况稍微有些特殊，因为数组类本身并不是由类加载器负责创建，而是由JVM在运行时根据需要而直接创建的，但数组的元素类型仍然需要依靠类加载器去创建。创建数组类（下述简称A）的过程：

如果数组的元素类型是引用类型，那么就遵循定义的加载过程递归加载和创建数组A的元素类型；
JVM使用指定的元素类型和数组维度来创建新的数组类。

如果数组的元素类型是引用类型，数组类的可访问性就由元素类型的可访问性决定。否则数组类的可访问性将被缺省定义为public。

Linking链接阶段

链接分为三个子阶段：验证 -> 准备 -> 解析

验证(Verify)

目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全
主要包括四种验证：
1. 文件格式验证
  1. 是否以魔数0XCAFEBABE开头，主版本和副版本号是否在当前Java虚拟机的支持范围内，数据中每一个项是否都拥有正确的长度等。
2. 语义验证
  1. Java虚拟机会进行字节码的语义检查，但凡在语义上不符合规范的，虚拟机也不会给予验证通过。就是检查java代码写的对不对
3. 字节码验证
  1. Java虚拟机还会进行字节码验证，字节码验证也是验证过程中最为复杂的一个过程。它试图通过对字节码流的分析，判断字节码是否可以被正确地执行。比如：
    - 在字节码的执行过程中，是否会跳转到一条不存在的指令
    - 函数的调用是否传递了正确类型的参数
    - 变量的赋值是不是给了正确的数据类型等
4. 符号引用验证
  1. 校验器还将进符号引用的验证。Class文件在其常量池会通过字符串记录自己将要使用的其他类或者方法。因此，在验证阶段，$\color{red}{虚拟机就会检查这些类或者方法确实是存在的}$，并且当前类有权限访问这些数据，如果一个需要使用类无法在系统中找到，则会抛出NoClassDefFoundError，如果一个方法无法被找到，则会抛出NoSuchMethodError。此阶段在解析环节才会执行。
    准备(Prepare)
为类变量（static变量）分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值
这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配好了默认值，准备阶段会显式初始化
注意：这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中

例子：
代码：变量a在准备阶段会赋初始值，0，在初始化阶段才会被赋值为 1

public class HelloApp {
    private static int a = 1;//prepare：a = 0 ---> initial : a = 1
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);
    }
}

// 一般情况：static final修饰的基本数据类型、字符串类型字面量会在准备阶段赋值
private static final String str = "Hello world";
// 特殊情况：static final修饰的引用类型不会在准备阶段赋值，而是在初始化阶段赋值
private static final String str = new String("Hello world");

解析(Resolve)

将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行
符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。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、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT Class info、CONSTANT Fieldref info、CONSTANT Methodref info等

符号引用
反编译 class 文件后可以查看符号引用，下面带# 的就是符号引用

Initialization初始化阶段

static与final的搭配问题

使用static+final修饰，且显式赋值中不涉及到方法或构造器调用的基本数据类到或String类型的显式赋值，是在链接阶段的准备环节进行。
只有static修饰的会在链接准备阶段赋初始值。初始化阶段才显示赋值。

public static final int INT_CONSTANT = 10;                                // 在链接阶段的准备环节赋值
public static final int NUM1 = new Random().nextInt(10);                  // 在初始化阶段clinit>()中赋值
public static int a = 1;                                                  // 在初始化阶段<clinit>()中赋值
public static final Integer INTEGER_CONSTANT1 = Integer.valueOf(100);     // 在初始化阶段<clinit>()中赋值
public static Integer INTEGER_CONSTANT2 = Integer.valueOf(100);           // 在初始化阶段<clinit>()中概值
public static final String s0 = "helloworld0";                            // 在链接阶段的准备环节赋值
public static final String s1 = new String("helloworld1");                // 在初始化阶段<clinit>()中赋值
public static String s2 = "hellowrold2";                                  // 在初始化阶段<clinit>()中赋值

类的初始化时机

主动使用

创建类的实例
访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
调用类的静态方法
反射（比如：Class.forName(“com.atguigu.Test”)）
初始化一个类的子类
Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
JDK7开始提供的动态语言支持：java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF_getStatic、REF putStatic、REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化

除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化，即不会执行初始化阶段（不会调用 clinit() 方法和 init() 方法）

被动使用

静态字段：当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化，只有真正声明这个字段的类才会被初始化
数组定义：通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
引用常量：引用常量不会触发此类或接口的初始化。因为常量在链接阶段就已经被显式赋值了。
loadClass方法：调用ClassLoader类的loadClass()方法加载一个类，并不是对类的主动使用，不会导致类的初始化。

clinit()
初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程
此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。也就是说，当我们代码中包含static变量的时候，就会有clinit方法
<clinit>()方法中的指令按语句在源文件中出现的顺序执行
<clinit>()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的<init>()）
若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕
虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁，一个类只会被加载一次，多线程不会多次执行