[ JAVA ] Class Loader?

Class Loader

Class Loader는 자바 런타임 환경의 일부로써 바이트코드로 컴파일된 클래스파일을 동적 로딩하여 JVM의 메모리에 올리는 역할을 합니다.

동적 로딩

클래스 로더는 프로그램의 모든 클래스를 한 번에 메모리에 로드하지 않고, 애플리케이션이 필요로 할 때 로드됩니다.

이것을 동적 로딩이라 하는데 클래스 로더는 2가지의 동적 로딩을 합니다.

Load-time Dynamic Loading (로드타임 동적 로딩)

클래스 로더가 클래스들의 메타 데이터를 로드할 때 우선적으로 필요한 상위 클래스의 메타 데이터가 있을 것입니다.

클래스의 메타데이터를 로드하는 시점에 필요한 다른 클래스들의 메타데이터를 로딩하는 것을 로드 타임 동적로딩이라고 합니다.

Run-time Dynamic Loading (런타임 동적 로딩)

런타임 동적로딩은 main 메서드가 실행된 후 호출되는 메서드에 의해 클래스가 로드되는 것을 말합니다.

Class Loader 특징

1. 계층 구조

• Bootstrap Class Loader: JVM이 실행될 때 같이 메모리에 올라갑니다. Object 클래스를 비롯하여 Java API들을 로드합니다. 유일하게 Native code로 구현되어있습니다.
• Platform Class Loader(Extension Class Loader): 기본 Java API를 제외한 확장 클래스들을 로드합니다.
• System Class Loader(Application Class Loader): 사용자가 지정한 $CLASS_PATH내의 클래스들을 로드합니다.
• User-Defined Class Loader: 사용자가 직접 생성하는 클래스 로더입니다.

2. 위임 모델

클래스 로더는 계층 구조를 따라 클래스를 찾는 역할을 위임하는 위임 모델입니다.

런타임 동적 로딩이 일어나면 어떤 순서로 동작할까요?

1. 이전에 로드된 클래스인지 클래스 로더 캐시를 확인합니다.
2. 캐시에 없다면 최상위 클래스 로더까지 올라간 후 내려오면서 찾습니다.
3. 요청을 받은 클래스로더가 마지막으로 파일 시스템에서 찾고 찾지 못한다면 ClassNotFoundException을 발생시킵니다.

3. Namespace

클래스 로더들은 각자 자신의 Namespace를 가지고 있습니다. 네임스페이스에는 로드된 클래스를 보관하는 공간으로써 클래스들을 FQCN(Fully Qualified Class Name)으로 보관합니다.

4. Unload 불가

클래스 로더는 로드는 가능하지만 반대는 불가능합니다.

5. 가시성 제한

클래스 로더는 자신보다 하위에 있는 네임스페이스는 볼 수 없습니다.

Load 과정

1. Loading

클래스 로더가 클래스 파일을 읽고 바이너리 데이터를 생성한 뒤 JVM 메모리의 Method영역에 저장합니다. 로딩이 완료되면 해당 클래스 타입의 메타데이터 객체(Class<?>)를 생성해서 Heap영역에 저장합니다.

2. Linking

클래스에 필요한 메모리를 할당하고 메모리에 연결 시킵니다. 작게 3단계로 나뉩니다.

• Verifying: 로드한 클래스 파일이 자바 언어 명세 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어 있는지 검사합니다.
• Preparing: 클래스 정적 변수와 같이 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당합니다.
• Resolving: Symbolic memory reference를 Direct memory reference로 교체합니다.

3. Initializing

클래스 변수에 초기값을 채웁니다.