类加载过程

一般来说，Java 的类加载过程分为三个主要步骤：加载、链接、初始化，细节部分在Java 虚拟机规范中有详细介绍。

Java 的语言类型可以分为基本类型和引用类型。基本类型是 Java 虚拟机预先定义好的。引用类型中，Java将其细分为：类、接口、数组类和泛型参数，泛型参数在编译过程中会被擦除（没看懂啥意思？？），数组类是 JVM 直接生成的，另外两种则有对应的字节流。

最常见的字节流就是 Java 编译生成的 class 文件，Java 将来自不同数据源的字节流读取到 JVM 中生成类或接口就是类加载过程，这里的数据源可能是 jar 包、class文件等等。

加载

加载，是指查找字节流，并根据字节流创建类的过程。JVM 中有三种类加载器：启动类加载器、扩展类加载器、应用类加载器，每种类加载器加载一部分类。加载阶段，类的唯一性通过类加载器名称和类全面来共同确定，因此不同类加载器加载同一串字节流也会生成两个不同的类。

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）加载最基础、最重要的类，比如 lib/ 目录下 jar 包中的类。

扩展类加载器（Extension Class Loader）的父-类加载器是启动类加载器，它负责加载 lib/ext/ 目录下的 jar 包，即所谓的 extension 机制。

应用类加载器（Application Class Loader）的父-类加载器是扩展类加载器，它负责加载应用程序路径下的类，这个应用程序路径一般是环境变量 classpath 指定的路径。

链接

链接是指将创建成的类合并到 JVM 中，使之能够被执行的过程，这是类加载的核心步骤。链接阶段又可分为验证、准备、解析三个子阶段。

验证阶段要核验字节信息是否符合JVM 规范，保证加载类能够满足JVM 的约束条件。

准备阶段，创建并为被加载的类的静态字段分配内存，注意，这里并不会做一般意义上的显式初始化，而只是创建变量并为变量开辟内存空间，做默认的初始化。例如我们 int a = 1，那么在链接的准备阶段，这个 a 的值是 0，并不会赋值为 1。

在准备阶段，还有一个重要的工作，就是为类构造相关的数据结构，例如实现动态绑定的方法表。在 class 文件被加载至 JVM 之前，一个类无法知道自己和其他类的其方法、字段所对应的具体地址。Java编译时会生成一个符号引用，通过符号引用来无歧义得定位到具体目标上。

举例来说，对于一个方法调用，编译器会生成一个包含目标方法所在类的名字、目标方法的名字、接收参数类型以及返回值类型的符号引用，来指代所要调用的方法。

解析阶段就是要将符号引用解析为直接引用或实际引用。但是解析阶段的发生是不确定的，它可能在初始化步骤之前，也可能在初始化步骤之后。同时，在类加载的过程中，所有步骤、阶段是按顺序开始，但并不是一定按顺序进行或完成的。

初始化

类加载的最后一步是初始化，这一步真正去执行类初始化的代码逻辑，包括静态字段赋值的动作，以及执行类定义中的静态初始化块内的逻辑，编译器在编译阶段就会把这部分逻辑整理好，父类型的初始化逻辑优先于当前类型的逻辑。

JVM 规范枚举了下述多种触发情况：

  1. 当虚拟机启动时，初始化用户指定的主类；
  2. 当遇到用以新建目标类实例的 new 指令时，初始化 new 指令的目标类；
  3. 当遇到调用静态方法的指令时，初始化该静态方法所在的类；
  4. 当遇到访问静态字段的指令时，初始化该静态字段所在的类；
  5. 子类的初始化会触发父类的初始化；
  6. 如果一个接口定义了 default 方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，会触发该接口的初始化；
  7. 使用反射 API 对某个类进行反射调用时，初始化这个类；
  8. 当初次调用 MethodHandle 实例时，初始化该 MethodHandle 指向的方法所在的类。

只有初始化完成之后，一个类才能真正成为可执行的状态。

双亲委派

双亲委派模型，简单说就是当类加载器（Class Loader）试图加载某个类型的时候，除非父加载器找不到相应类型，否则尽量将这个任务代理给当前加载器的父加载器去做。使用委派模型的目的是避免重复加载 Java 类型。

NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException

NoClassDefFoundError 在官方文档中解释是要使用的类的编译时还找得到，但是到了运行的时候找不到了，那么此时就会抛出这个异常。例如，我编译了一个类 B，在类 A 中调用类 B 的方法，但是编译之后我删除了类 B 的 class 文件，此时运行类 A 就会报错 NoClassDefFoundError。

ClassNotFoundException 情况就比较多了，当通过以下方法来加载类的时候，

  1. 类 Class 中的 forName() 方法
  2. 类 ClassLoader 中的 findSystemClass() 方法
  3. 类 ClassLoader 中的 loadClass() 方法

但是没有找到具体指定的名称的类的定义，就会报错 ClassNotFoundException。

从类加载过程来看 NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException。在加载阶段，如果从 classpath 等路径中找不到所需的类，那么就会报错 ClassNotFoundException，除了上面的三种原因之外，还有可能是因为类被不同类加载器重复加载了导致的。而 NoClassDefFoundError 是在链接步骤中，从内存找不到所需的类，那么就会报错 NoClassDefFoundError。

总结就是，加载时从外存储器找不到需要的 class 就出现 ClassNotFoundException ，链接时从内存找不到需要的 class 就出现 NoClassDefFoundError 。