虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接。如下图：
类加载的7个阶段已经知道了，那什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段呢？对此，Java虚拟机规范中并没有进行强制约束，这点由虚拟机的具体实现来*把握。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行初始化，而加载、验证、准备自然需要在此之前开始：
- 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段(被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)的时候，以及调用了一个类的静态方法的时候。
- 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
- 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
- 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类。
- 当使用jdk1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果是REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
- 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化，对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。至于是否要触发子类的加载和验证，在虚拟机规范中并未明确规定，这点取决于虚拟机的具体实现。
- 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化，但会触发另外一个名为“[L+此类的完整类名”的类的初始化，对于用户代码来说，这并不是一个合法的类名称，它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于java.lang.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此类的一维数组，数组中应有的属性和方法都实现再这个类中。
- 通过引用某个类的静态常量字段，不会导致该定义常量类的初始化。常量在编译阶段会存入调用类的常量池，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。
接口的加载过程与类加载过程稍微有一些不同，针对接口需要做一些特殊说明：接口也有初始化过程，这点与类是一致的，有所区别的的是上面讲述的5种有且只有需要开始初始化场景中的第3种：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有真正使用到父接口的时候才会初始化。
下面我们从开发者的角度来一一总结以上7个步骤做了哪些事。
首先来看加载。对于加载这步骤，虚拟机需要完成以下3件事情：
- 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
- 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
- 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。
相对于类加载过程的其他阶段，一个非数组类的加载阶段是开发人员可控性最强的，因为加载阶段既可以使用系统提供的引导类加载器来完成，也可以由用户自定义的类加载器去完成。对于数组类而言，数组类本身不通过类加载器创建，它由Java虚拟机直接创建的。但是数组类与类加载器仍然有很密切的关系，因为数组类的元素类型，指的是数组去掉所有维度的类型，最终是要靠类加载器去创建的，一个数组类创建过程要遵循以下规则：
- 如果数组的组件类型是引用类型，那就递归采用上述所说3件事情的那些加载过程去加载这个组件类型，数组将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识。
- 如果数组的组件类型不是引用类型，Java虚拟机将会把数组标记为与引导类加载器关联。
- 数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致，如果组件类型不是引用类型，那数组类的可见性将默认为public。
符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。
虚拟机规范之中并未规定解析阶段发生的具体时间，只要求了在执行anewarray、checkcast、getfield、getstatic、instanceof、invokedynamic、invokeinterface、invokespecial、invokestatic、invokevirtual、ldc、ldc_w、multianewarray、new、putfield和putstatic这16个用于操作符合引用的字节码指令之前，先对它们所使用的符号引用进行解析。解析分为类或接口的解析和字段解析，这里就不详细说明了，具体的可以去《深入理解Java虚拟机》一书中进行解读。
说完连接阶段，类加载过程就剩下最后一步初始化了，现在来看看初始化阶段吧。初始化阶段是真正开始执行类中定义的Java程序代码的阶段。在准备阶段，变量已经赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源，即初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程：
<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有变量的赋值动作和静态语句块中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问，如下实例：
public class Test{
static{
i = 0;//给变量赋值可以正常编译通过
System.out.println(i);//这句编译器会提示“非法向前引用”
}
static int i = 1;
}
<clinit>()方法与类的构造函数(<init>()方法)不同，它不需要显式地调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的<init>()方法执行之前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。因此在虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法的类肯定是java.lang.Object。
由于父类的<clinit>()方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作，如下实例：
public class Test{
static class Parent{
public static int A = 1;
static{
A = 2;
}
}
static class Sub extends Parent{
public static int B = A;
}
public static void main(String[] args){
System.out.println(Sub.B);
}
}
字段B的值将会是2而不是1。
<clinit>()方法对于类或接口来说并不是必需的，如果一个类中没有静态语句块，也就没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成该方法。
接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成<clinit>()方法，但是接口与类不同的是，执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会被初始化。另外接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<clinit>()方法。
虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法，其他线程都需要阻塞等待，知道活动线程执行<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞。需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行<clinit>()方法的那条线程退出该方法后，其他线程唤醒之后不会再次进入该方法。同一个类加载器下，一个类型只会初始化一次。
类加载的过程已经介绍完了，最后，再简单说一下类加载器吧。
虚拟机设计团队把类加载阶段中的通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为类加载器。
对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达的更通俗一些：比较两个类是否相等，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。
从Java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器，这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
从Java开发人员的角度来看，类加载器还可以划分的更细致一些，绝大部分Java程序都会使用到以下3种系统提供的类加载器：
启动类加载器：这个类加载器将存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且被虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器，那直接使用null代替即可。
扩展类加载器：这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。
应用程序类加载器：这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现，由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
我们的应用程序都是由这3种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系一般如下图所示：
上图展示的类加载器之间的这种层次关系，称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而都是使用组合关系来复用父加载器的代码。双亲委派模型不是一个强制性的约束模型，而是Java设计者推荐给开发者的一种类加载器实现方式。双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子加载器才会尝试自己去加载。使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如java.lang.Object类，它存放在rt.jar之中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的个种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类，并放在程序的ClassPath中，那系统中将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证了，应用程序也将会变得一片混乱。
双亲委派模型对于保证Java程序的稳定运作很重要，但它的实现却非常简单，实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中，具体逻辑清晰易懂：先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载失败，则抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。有兴趣的可以去阅读源码。
以上就是对虚拟机类加载机制的一个总结。