深入理解java虚拟机（七）类加载的时机

Class 文件中描述的各种信息都必须加载到虚拟机中才能运行和使用。而虚拟机怎么加载这些Class 文件呢？Class 文件进入到虚拟机中会发生什么变化呢？

虚拟机类加载机制是指 虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存中，并对数据进行校验、转换解析、初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java 类型。

与那些在编译器进行连接工作的语言不同，Java 中，类的加载一直到初始化过程都是在运行期间完成的，虽然会损失一点性能，但是却使Java 应用程序具有高度灵活的特性。Java 可以动态扩展的特性就是依赖于运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。

类加载的时机

类从被加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）7个阶段。其中，验证、准备和解析统称为连接（Linking）。过程如下图所示。

图1 类的生命周期

上述七个过程，除了解析（Resoluton）阶段外，其余的六个过程都必须按部就班的“开始”，之间可能有部分相互交叉的混合执行。 解析过程在某些情况下，可以在初始化阶段之后再开始，这也是为了支持Java 语言的运行时绑定（也称为动态绑定或晚期绑定）。

Java虚拟机规范并没有规定什么时候需要进行类的加载阶段，但是却规定5中情况必须对类进行初始化。

1. 实例化对象、读写类静态字段、调用静态方法的时候
2. 使用反射调用的时候
3. 初始化类时，需要先触发父类的初始化
4. 虚拟机启动时，会先初始化包含 main() 方法的主类
5. 使用JDK1.7 的动态语言支持的时候，如果 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果REF_getStatic 、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，句柄对应的类会被初始化

Java虚拟机规范规定有且只有这五种场景中会触发类的初始化，这种行为成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。

被动引用

1. 通过子类引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化。至于是否会触发子类的加载和验证，取决于虚拟机的具体实现（HotSpot不会加载）。
2. 通过数组定义来引用类，如 A[] ints = new A[10] ，  不会触发A 类的初始化。而是会会触发名为 LA的类初始化。它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于Object 的子类，创建动作由字节码指令 newarray 触发。这个类代表了一个元素类型为 A 的一位数组，数组中的属性和方法都实现在这个类中。Java 语言中数组的访问比C/C++ 安全是因为这个类封装了数组元素的访问方法。
3. 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并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。

package xiaoye.java;
class Constant{
    static {
        System.out.print("ConstantClass inited!");
    }
    public static final String HELLOWORLD = "hehe";
}

public class ConstantClass {
    public static void main(String[] args){
        System.out.print(Constant.HELLOWORLD);
    }

}

接口加载的时机

接口也有初始化过程，但是接口中不能使用static 语句块，但是编译器仍然会为接口生成 <clinit> 类构造器初始化接口中定义的成员变量。 接口与类真正的区别是初始化场景中的第三种情况：当一类在初始化的时候，会要求其所有的父类都初始化完成，但是接口在初始化的时候，并不要求其父接口全部完成了初始化，只有在真正用到了父接口的时候（如引用接口中定义的常量）才会初始化。