JVM-加载，链接，初始化

　　Java Virtual Machine 动态的加载，链接和初始化类和接口。那么，Class 二进制文件是怎样被 JVM 加载到内存中的？JVM 如何描述一个 Java 类？类或接口怎么才能让 JVM执行？类或接口又是怎么初始化的？在JVM内部Java类的是以什么形式存在？

　　带着这些问题，本文将讨论：

JVM 加载
JVM 链接
JVM 初始化
JVM 内部对象表示

　　一个 Class 文件被 JVM 读取，然后经过加载，链接和初始化这些逻辑阶段，变成可被 JVM 识别的格式，最终在内存中的体现就是一个 java.lang.Class 对象。在虚拟机规范中并没有规定这些阶段按顺序进行，HotSpot VM 有些阶段就是交叉进行的。

1. JVM 加载

　　加载就是从字节流中，按照 Class 文件的格式解析出类或接口，并创建相应的类或接口。类加载的时机是在解析字节码中常量池符号的时候，比如Class.forName()、ClassLoader.loadClass()、反射和JNI_FindClass都能引发类加载。当 JVM 启动时，将会使用如下几种类加载器：

Bootstrap Class Loader

　　启动类加载器，它负责加载位于 <JAVA_HOME>\jre\lib 目录的 Java 核心类库（如 rt.jar），它是使用本地方法编写，不是一个 Java 类。由它加载的类，当调用 getClassLoader() 时，返回 null 。

Extension Class Loader

　　扩展类加载器，它负责加载位于 <JAVA_HOME>\jre\lib\ext 目录中的 Class 文件，由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。

System Class Loader

　　系统类加载器，也叫应用程序类加载器（Application class loader），它负责加载位于 CLASSPATH 环境变量路径上的类库。程序的默认加载器就是它，当然也可以自定义加载器。它由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。

User-Defined Class Loader

　　用户自定义类加载器。

　　为了避免重复加载，和保证 Java 类型体系的安全，JVM 在加载时，使用双亲委派模型（Parents Delegation Model），它表示类加载器的一种层次关系，使用组合来实现。

　　当一个类加载器加载一个类时，首先它不会先尝试自己加载这个类，而是把这个加载请求委派给父类加载器，每层均是如此，把这个请求逐层上传，直到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器反馈自己无法完成加载时，子类加载器才会自己去加载。

　　根据 class 文件，类加载器在内存中创建一个 java.lang.Class 对象与之对应。在运行时，类或接口的全限定名称并不是其唯一标识，而是使用名字和加载它的类加载器共同标识的。所以当使用 instanceof，equals() 判断两个类是否相同时的必要条件是，两个类由同一个类加载器加载。在 JVM 内部有一个系统字典，它记录了系统加载的所有类，类加载器等信息，为其他模块提供检索服务。

2. JVM 链接

　　class 文件之间通过符号引用建立关系（符号引用以字符串的形式存在），JVM 动态加载类或接口，通过动态链接把它们链接起来，实现方法调用和相互引用。链接可分为验证，准备和解析。

验证

　　用于确保 Class 文件符合 JVM 的要求，验证字节码的正确性，验证类的元数据信息。

准备

　　为类变量分配内存并赋值各类型的默认值，如果是 final static 修饰的字段，直接会被初始化为指定的值。

解析

　　把常量池中的符号引用转换为直接引用，即运行时实际内存地址，主要有类，接口，字段和方法这 4 类符号引用。

3. JVM 初始化

　　初始化阶段，就是执行 Java 的初始化方法，有两个方法：一个是类初始化方法 <clinit>（静态块，语句初始化）；一个是实例初始化方法 <init>（构造函数），这两个方法都是由编译器自动生成的，在初始化阶段由 JVM 自身隐式调用。

　　JVM 会保证父类先于子类执行 <clinit> 方法，也就是说父类的静态块和变量初始化操作先于子类的执行，在多线程环境下，JVM 会保证 <clinit> 方法的线程安全。

4. JVM 内部对象表示

　　HotSpot 是基于 C++ 实现的，其内部使用 OOP-Klass 二分模型来描述一个Java类的信息，其中OOP（Ordinary Object Pointer, OOPS），普通对象指针，描述对象实例信息；Klass，用来描述 Java类。我们知道多态是面向对象的重要特点，JVM 就是通过 Klass 实现Java 对象的分发功能。

　　每加载一个 Java 类，JVM 会创建一个 instanceKlass 对象（或 arrayKlass）在内部描述它；每创建一个 Java 对象，JVM 内部也会创建一个 OOP 对象来表示它。（注意区别）

（1）OOP 普通对象指针

　　一个 Java 对象在 JVM 内部包含两个部分，instanceOop 和实例数据。其中 instanceOop 又被成为对象头，对象头包括以下两部分信息：

Mark Word：_mark字段，存储对象运行时信息，如哈希吗，GC分代年龄，锁信息等。数据类型为 markOop，以字长为单位，64位可以使用压缩。
元数据指针：指向描述类型的 Klass 对象的指针，Klass包含此类的元数据（meta-data）。

（2）instanceKlass

　　Klass类型的对象，是访问类元数据的入口。JVM 对每个已加载的 Java 类，内部都创建一个 instanceKlass 对象，它描述了类的元数据，类的方法，字段，类加载器，常量等，拥有一个 Java 类运行时所需的所有信息。

　　instanceKlass 引用了与之对应的 java.lang.Class 对象，后者是前者的 Java 镜像。在HotSpot 内部使用 klassOop 来访问 instanceKlass，VM内部会维护一个系统字典表，记录所有已经加载的类。