Java 클래스로더(ClassLoader)에 대한 이해

자바의 클래스로더는 자바의  Class  들을 런타임에 JVM으로 로딩하는 역할을 한다.
클래스로더는 JRE(Java Runtime Environment)의 한 부분이다.

JVM은 클래스로더 덕분에 파일의 구조나 파일 시스템을 고려하지 않을 수 있으면서 자바 프로그램을 작동시킬 수 있다.

이는 C/C++언어의 결과처럼 자바 프로그램이 하나의 Single Executable 파일을 생성하는 것이 아니라 여러 개의 자바 클래스들이 JAR의 형태로 묶여서 관리되다가 JVM에 의해 메모리에 올라가서 바이너리 형태로 동작하기 때문에 생기는 차이점이라 할 수 있다.

자바 클래스들은 한번에 모든 클래스가 메모리에 올라가지 않는다. 각 클래스들은 필요할 때 어플리케이션에 올라가게 되며, 이 작업을 클래스로더가 해주게 된다.

 

Class Loader 는 다음과 같은 역할을 해준다. 

 - Loading : 클래스 파일에서 클래스 이름, 상속관계, 클래스의 타입(class, interface, enum) 정보, 메소드 & 생성자 & 멤버변수 정보, 상수 등에 대한 정보를 로딩해서 Binary 데이터로 변경한다.

 - Linking : Verification 과 Preparation, Resolution 단계를 거치면서 바이트코드를 검증하고 필요한 만큼의 메모리를 할당한다. Resolution 과정에서는 Symbolic Reference 를 Direct Reference 등으로 바꿔준다.

 - Initialization : static block 의 초기화 및 static 데이터들을 할당한다. Top->Bottom 방식으로 클래스들을 해석한다.

(자세한 기능 동작은 다음을 참조

https://jins-dev.tistory.com/entry/JVMJava-Virtual-Machine-%EC%9D%B4-%EC%96%B4%EB%96%BB%EA%B2%8C-%EB%8F%99%EC%9E%91%ED%95%98%EB%8A%94-%EC%A7%80-How-JVM-Works)

자바의 클래스로더는 3가지의 서로다른 클래스로더로 구성되어 있다.

 

 (1) Bootstrap Class Loader
가령 java.lang 이나 ArrayList 같이 java.lang.ClassLoader 가 로드할 수 없는 bootstrap 또는 primordial 클래스들에 대해서는 JRE의 Bootstrap ClassLoader 가 이 역할을 해준다.
Bootstrap ClassLoader 는 native 언어로 만들어진 JVM 코어의 일부분으로, 일반 클래스 로더가 불러올 수 없는 클래스 들의 로딩을 담당해준다.

 

 (2) Extension Class Loader
Extension Class Loader는 bootstrap Class loader 의 자식클래스로 일반적인 Core Java Class 들의 로딩을 담당한다.

 

 (3) System Class Loader
System Class Loader는 시스템 환경변수 또는 클래스 변수 등과 같은 환경에 종속된 클래스들에 대한 로딩을 담당한다.

클래스로더는 런타임에 모든 클래스들에 대한 정의를 로딩한다. 이때 만약 클래스 매핑에 실패한다면, NoClassDefFoundError 를 만나보게 된다.

 

Java 의 클래스로더는 3가지 원칙을 지키며 동작한다.

 

1. Delegation :  Java의 클래스는 필요할 때 로딩되어야 한다는 원칙이다.

 

2. Visibility : Child 클래스는 Parent 클래스로더에 의해 로딩된 클래스들을 확인할 수 있지만, 그 역은 불가능하다는 원칙이다.

 

3. Uniqueness : 한번 클래스로더에 의해 로딩된 클래스는 재로딩되지 않는다. 가령, Parent 클래스로더에 의해 이미 로딩된 클래스는 Child 클래스로더가 다시 로드하지 못한다.

 

Java의 ClassLoader 클래스를 상속하면, 사용자정의 클래스로더를 구현할 수도 있으며, 언제든 findClass() 와 loadClass() 메서드를 이용해 동적으로 로딩이 가능하다.