基础介绍
Java字节代码的表现形式是字节数组（byte[]），而Java类在JVM中的表现形式是java.lang.Class类 的对象。一个Java类从字节代码到能够在JVM中被使用，需要经过加载、链接和初始化这三个步骤。这三个步骤中，对开发人员直接可见的是Java类的加 载，通过使用Java类加载器（class loader）可以在运行时刻动态的加载一个Java类；而链接和初始化则是在使用Java类之前会发生的动作。本文会详细介绍Java类的加载、链接和 初始化的过程。
Java类的加载
Java类的加载是由类加载器来完成的。一般来说，类加载器分成两类：启动类加载器（bootstrap）和用户自定义的类加载器（user-defined）。两者的区别在于启动类加载器是由JVM的原生代码实现的，而用户自定义的类加载器都继承自Java中的java.lang.ClassLoader类。在用户自定义类加载器的部分，一般JVM都会提供一些基本实现。应用程序的开发人员也可以根据需要编写自己的类加载器。JVM中最常使用的是系统类加载器（system），它用来启动Java应用程序的加载。通过java.lang.ClassLoader的getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器对象。
一般的类加载器在尝试自己去加载某个Java类之前，会首先代理给其父类加载器。当父类加载器找不到的时候，才会尝试自己加载。这个逻辑是封装在java.lang.ClassLoader类的 loadClass() 方法中的。一般来说，父类优先的策略就足够好了。在某些情况下，可能需要采取相反的策略，即先尝试自己加载，找不到的时候再代理给父类加载器。这种做法在Java的Web容器中比较常见，也是 Servlet规范 推荐的做法。比如， Apache Tomcat 为每个Web应用都提供一个独立的类加载器，使用的就是自己优先加载的策略。 IBM WebSphere Application Server 则允许Web应用选择类加载器使用的策略。
类加载器的一个重要用途是在JVM中为相同名称的Java类创建隔离空间。在JVM中，判断两个类是否相同，不仅是根据该类的二进制名称，还需要根据两个类的定义类加载器。只有两者完全一样，才认为两个类的是相同的。因此，即便是同样的Java字节代码，被两个不同的类加载器定义之后，所得到的Java类也是不同的。如果试图在两个类的对象之间进行赋值操作，会抛出java.lang.ClassCastException。这个特性为同样名称的Java类在JVM中共存创造了条件。在实际的应用中，可能会要求同一名称的Java类的不同版本在JVM中可以同时存在。通过类加载器就可以满足这种需求。这种技术在OSGi中得到了广泛的应用。
Java类的链接
Java类的链接指的是将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。在链接之前，这个类必须被成功加载。类的链接包括验证、准备和解析等几个步骤。验证是用来确保Java类的二进制表示在结构上是完全正确的。如果验证过程出现错误的话，会抛出java.lang.VerifyError错 误。准备过程则是创建Java类中的静态域，并将这些域的值设为默认值。准备过程并不会执行代码。在一个Java类中会包含对其它类或接口的形式引用，包 括它的父类、所实现的接口、方法的形式参数和返回值的Java类等。解析的过程就是确保这些被引用的类能被正确的找到。解析的过程可能会导致其它的 Java类被加载。
不同的JVM实现可能选择不同的解析策略。一种做法是在链接的时候，就递归的把所有依赖的形式引用都进行解析。而另外的做法则可能是只在一个形式引 用真正需要的时候才进行解析。也就是说如果一个Java类只是被引用了，但是并没有被真正用到，那么这个类有可能就不会被解析。考虑下面的代码：
public class LinkTest {
public static void main(String[] args) {
ToBeLinked toBeLinked = null;
System.out.println("Test link.");
}
}
类 LinkTest引用了类ToBeLinked，但是并没有真正使用它，只是声明了一个变量，并没有创建该类的实例或是访问其中的静态域。在 Oracle的JDK 6中，如果把编译好的ToBeLinked的Java字节代码删除之后，再运行LinkTest，程序不会抛出错误。这是因为ToBeLinked类没有 被真正用到，而Oracle的JDK 6所采用的链接策略使得ToBeLinked类不会被加载，因此也不会发现ToBeLinked的Java字节代码实际上是不存在的。如果把代码改成 ToBeLinked toBeLinked = new ToBeLinked();之后，再按照相同的方法运行，就会抛出异常了。因为这个时候ToBeLinked这个类被真正使用到了，会需要加载这个类。
Java类的初始化
当一个Java类第一次被真正使用到的时候，JVM会进行该类的初始化操作。初始化过程的主要操作是执行静态代码块和初始化静态域。在一个类被初始 化之前，它的直接父类也需要被初始化。但是，一个接口的初始化，不会引起其父接口的初始化。在初始化的时候，会按照源代码中从上到下的顺序依次执行静态代 码块和初始化静态域。考虑下面的代码：
public class StaticTest {
public static int X = 10;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Y); //输出60
}
static {
X = 30;
}
public static int Y = X * 2;
}
在上面的代码中，在初始化的时候，静态域的初始化和静态代码块的执行会从上到下依次执行。因此变量X的值首先初始化成10，后来又被赋值成30；而变量Y的值则被初始化成60。
Java类和接口的初始化只有在特定的时机才会发生，这些时机包括：
1、创建一个Java类的实例。如
MyClass obj = new MyClass()
2、调用一个Java类中的静态方法。如
MyClass.sayHello()
3、给Java类或接口中声明的静态域赋值。如
MyClass.value = 10
4、访问Java类或接口中声明的静态域，并且该域不是常值变量。如
int value = MyClass.value
5、在顶层Java类中执行assert语句。
通过Java反射API也可能造成类和接口的初始化。需要注意的是，当访问一个Java类或接口中的静态域的时候，只有真正声明这个域的类或接口才会被初始化。考虑下面的代码：
class B {
static int value = 100;
static {
System.out.println("Class B is initialized."); //输出
}
}
class A extends B {
static {
System.out.println("Class A is initialized."); //不会输出
}
}
public class InitTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(A.value); //输出100
}
}
在上述代码中，类InitTest通过A.value引用了类B中声明的静态域value。由于value是在类B中声明的，只有类B会被初始化，而类A则不会被初始化。
创建自己的类加载器
在 Java应用开发过程中，可能会需要创建应用自己的类加载器。典型的场景包括实现特定的Java字节代码查找方式、对字节代码进行加密/解密以及实现同名 Java类的隔离等。创建自己的类加载器并不是一件复杂的事情，只需要继承自java.lang.ClassLoader类并覆写对应的方法即可。 java.lang.ClassLoader中提供的方法有不少，下面介绍几个创建类加载器时需要考虑的：
defineClass()：这个方法用来完成从Java字节代码的字节数组到java.lang.Class的转换。这个方法是不能被覆写的，一般是用原生代码来实现的。
findLoadedClass()：这个方法用来根据名称查找已经加载过的Java类。一个类加载器不会重复加载同一名称的类。
findClass()：这个方法用来根据名称查找并加载Java类。
loadClass()：这个方法用来根据名称加载Java类。
resolveClass()：这个方法用来链接一个Java类。
这里比较 容易混淆的是findClass()方法和loadClass()方法的作用。前面提到过，在Java类的链接过程中，会需要对Java类进行解析，而解 析可能会导致当前Java类所引用的其它Java类被加载。在这个时候，JVM就是通过调用当前类的定义类加载器的loadClass()方法来加载其它 类的。findClass()方法则是应用创建的类加载器的扩展点。应用自己的类加载器应该覆写findClass()方法来添加自定义的类加载逻辑。 loadClass()方法的默认实现会负责调用findClass()方法。
前面提到，类加载器的代理模式默认使用的是父类优先的策略。这个策略的实现是封装在loadClass()方法中的。如果希望修改此策略，就需要覆写loadClass()方法。
下面的代码给出了自定义的类加载的常见实现模式：
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] b = null; //查找或生成Java类的字节代码
return defineClass(name, b, 0, b.length);
}
}
