Class對象在執行引擎中的初始化過程
一個class文件被加載到內存中需要經過三大步：裝載，鏈接，初始化。其中鏈接又可以細分爲：驗證，準備，解析三小步。用一張圖來描述class文件加載到內存的步驟如下：
1. 裝載
什麼是裝載
裝載是指Java虛擬機查找.class文件並生成字節流，然後根據字節流創建java.lang.Class對象的過程。
這一過程主要完成以下三件事：
- ClassLoader通過一個類的全限定名（包名+類名）來查找.class文件，並生成二進制字節流：其中class字節碼文件的來源不一定是.class文件，也可以是jar包，zip包，甚至是來源於網絡的字節流。
- 把.class文件的各個部分分別解析（parse）爲JVM內部特定的數據結構，並存儲在方法區。在這裏JVM會將這些.class文件的結構轉化爲JVM內部的運行時數據結構。
- 在內存中創建一個java.lang.Class類型的對象：接下來程序在運行過程中所有對該類的訪問都通過這個類對象，也就是這個Class類型的類對象是提供給外界訪問該類的接口。
加載時機
一個項目經過編譯之後，往往會生成大量的.class文件。當程序運行時，JVM並不會一次性的將這些.class文件全部加載進內存。對此，Java虛擬機並沒有嚴格規定何時加載.class文件，不同的虛擬機有不同的實現。不過以下兩種情況一般會對class進行裝載操作。
- 隱式裝載：在程序運行過程中，當碰到通過new等方式生成對象時，系統會隱式調用ClassLoader去裝載對應的class到內存。
- 顯示裝載：在編寫源代碼時，主動調用Class.forName()等方法也會進行class裝載操作，這種方式通常稱爲顯示裝載。
2.鏈接
鏈接過程分爲3步：驗證，準備，解析
驗證
驗證是鏈接的第一步，目的是爲了確保.class文件的字節流包含的信息符合當前虛擬機的要求，並且不會危及虛擬機本身的安全，主要包含以下幾個方面的檢驗：
- 文件格式檢驗：檢驗字節流是否符合class文件格式的規範，並且能被當前版本的虛擬機處理。
- 元數據檢驗：對字節碼描述的信息進行語義分析，以保證其描述的內容符合Java語言規範的要求。
- 字節碼檢驗：通過數據流和控制流分析，確定程序語義是合法，符合邏輯的。、
- 符號引用檢驗：符號引用檢驗可以看作是對類自身以外（常量池中的各種符號引用）的信息進行匹配性校驗。
實例分析
我們使用以下Foo.java來演示驗證階段的幾種情況：
使用javac編譯Foo.java生成Foo.class字節碼文件，然後使用16進制編輯器打開Foo.class文件，部分如下：
正常情況下，使用java Foo執行效果如下：
如果使用16進制編輯器修改class文件中的魔數，如下所示：
將“cafe babe”修改爲“cafe babb”，重新運行則會報如下錯誤：
class文件中魔數後的“0034”爲版本號，如果將其修改爲“0035”則會報如下錯誤：
版本號“0034”之後的“0036”是常量池計數器，表示常量池中有54個常量。如果將這個值進行修改也有可能造成運行時錯誤，比如將“0036”改爲“0032”
重新執行java Foo，則會報如下錯誤：
雖然說JVM會檢查各種對class字節碼文件的篡改行爲，但是依然無法百分之百保證class文件的安全性。比如繼續使用Foo.java舉例，在Foo.java中的print方法中，分別打印出父類和自身類的hashCode值，分別是：2018699554和111.我們可以在class字節碼的基礎上進行篡改，將父類的hashCode也返回111.
通過javap -v Foo命令可以查看Foo.class中常量池的具體信息：
圖中1處指向了父類Object的hashCode方法，圖中2處指向了Foo的hashCode方法。CONSTANT_Methodref_info的結構如下：
CONSTANT_Methodref_info{
u1 tag = 10;
u2 class_index; //指向此方法的所屬類
u2 name_type_index; //指向此方法的名稱和類型
}
其中class_index就是指向方法的所屬類，因此只需要使用16進制編輯器將指向Object的class_index改爲執行Foo的class_index即可。具體修改如下：
按照圖中修改並保存，重新運行java Foo效果如下：
可以看出，雖然在Java源文件中調用的是super.hashCode()方法，但是經過篡改之後，Foo.class文件成功通過JVM的校驗，併成功執行最終打印出我們想要的結果。
準備
準備是鏈接的第二步，這一階段主要目的是爲類中的靜態變量分配內存，併爲其設置“0值”。比如：
public static int value = 100;
在準備階段，JVM會爲value分配內存，並將其設置爲0。而真正的值100是在初始化階段設置。並且此階段進行內存分配的僅包括類變量，而不包括實例變量（實例變量將會在對象實例化時隨着對象一起分配在Java堆中）。
有一種情況比較特殊——靜態常量，比如：
public static final int value = 100;
以上代碼會在準備階段就爲value分配內存，並設置爲100.
Java中基本類型的默認“0值”如下：
- 基本類型（int，long，short，char，byte，boolean，float，double）的默認值爲0；
- 引用類型默認值爲null
解析
解析時鏈接的最後一步，這一階段的任務是把常量池中的符號引用轉換爲直接引用，也就是具體的內存地址。在這一階段，JVM會將常量池中的類，接口名，字段名，方法名等轉換爲具體的內存地址。
比如上面Foo.java中編譯之後的main方法的字節碼如下：
在main方法中通過invokevirtual指令調用了print方法，“Foo.print:()V"就是一個符號引用，當main方法執行到此處時，會將符號引用”Foo.print:()V“解析成直接引用，可以將直接引用理解爲方法的真正內存地址。
3.初始化
這是class加載的最後一步，這一階段是執行類構造器方法的過程，並真正初始化類變量。比如：
public static int value = 100;
在準備階段value被分配內存並設置爲0，在初始化階段value的值會被設置爲100.
初始化時機
對於裝載階段，JVM並沒有規範何時具體執行。但是對於初始化，JVM規範中嚴格規定了class初始化的時機，主要有以下幾種情況會觸發class的初始化：
- 虛擬機啓動時，初始化包含main方法的主類
- 遇到new指令創建對象實例時，如果目標對象類沒有被初始化則進行初始化操作
- 當遇到訪問靜態方法或者靜態字段的指令時，如果目標對象類沒有被初始化則進行初始化操作
- 子類的初始化過程如果發現父類還沒有進行初始化，則需要先觸發父類的初始化
- 使用反射API進行反射調用時，如果類沒有被初始化則進行初始化操作
- 第一次調用java.lang.invoke.MethodHandle實例時，需要初始化MethodHandle指向方法所在的類
初始化類變量
在初始化階段只會初始化與類相關的靜態賦值語句和靜態語句，也就是有static關鍵字修飾的信息，而沒有static修飾的語句塊在實例化對象的時候纔會執行。
比如執行以下代碼：
然後在ClassInitTest.java中訪問ClassInit的value值，如下：
執行上述代碼，日誌如下：
可以看出，非靜態代碼塊並沒有被執行。如果將ClassInitTest.java修改如下：
加了一行代碼，使用new創建ClassInit對象實例。再次執行後非靜態代碼塊也將會被執行，如下：
被動引用
上述的六種情況在JVM中被稱爲主動引用，除此六種情況之外所有引用類的方式都被稱爲被動引用。被動引用並不會觸發class的初始化。
最典型的就是在子類中調用父類的靜態變量，比如有以下兩個類：
可以看出Child繼承自Parent類，如果直接使用Child來訪問Parent中的value值，則不會初始化Child類，比如如下的代碼：
打印日誌如下：
可以看出，Child中的靜態代碼並沒有被執行。也就是說JVM並沒有對Child執行初始化操作。
對於靜態字段，只有直接定義這個字段的類纔會被初始化，因此通過子類Child來引用Parent中定義的靜態字段，只會觸發父類Parent的初始化，而不會觸發Child的初始化。至於是否要觸發子類的加載和驗證，在虛擬機中並未明確規定，可以通過XX:+TraceClassLoading參數來查看，比如使用如下命令再次執行NonInitTest
java -XX:+TraceClassLoading NonInitTest
可以看出雖然只有Parent被初始化，但是Parent和Child都經過了裝載和驗證階段，並被加載到內存中。