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클래스 로더 시스템 구조

클래스 로더

  • 로딩, 링크, 초기화 순으로 진행된다.
  • 로딩
    • 클래스 로더가 .class 파일을 읽고 그 내용에 따라 적절한 바이너리 데이터를 만들고 “메소드” 영역에 저장.
    • 이때 메소드 영역에 저장하는 데이터
      • FQCN(Fully Qualified Class Name)
        • 클래스가 속한 패키지명을 모두 포함한 이름을 뜻한다.
      • 클래스 | 인터페이스 | 이늄
      • 메소드와 변수
    • 로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 “힙" 영역에 저장.
    package algorithm;
    
    public class Hello {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		
    	/* 
    	 * .class 의 형태는 해당 클래스 타입의 Class 객체이다. Class<Hello> 
    	 */
    		System.out.println(Hello.class);
    		//class algorithm.Hello		
    		
    		Hello hello = new Hello();
    		System.out.println(hello.getClass());
    		//class algorithm.Hello
    	}
    
    }

 

  • 링크
    • Verify, Prepare, Reolve(optional) 세 단계로 나눠져 있다.
    • 검증(Verify): .class 파일 형식이 유효한지 체크한다.
    • Preparation: 클래스 변수(static 변수)와 기본값에 필요한 메모리
    • Resolve: 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체한다. Resolve는 Optional 이다.

 

  • 초기화
    • Static 변수의 값을 할당한다. (static 블럭이 있다면 이때 실행된다.)
    • 클래스 로더는 계층 구조로 이루어져 있으며 기본적으로 세가지 클래스 로더가 제공된다.
      • 부트 스트랩 클래스 로더 - JAVA_HOME\lib에 있는 코어 자바 API를 제공한다. 최상위 우선순위를 가진 클래스 로더
      • 플랫폼 클래스로더(Extension 클래스로더) - JAVA_HOME\lib\ext 폴더 또는ext.dirs 시스템 변수에 해당하는 위치에 있는 클래스를 읽는다.
      • 애플리케이션 클래스로더 - 애플리케이션 클래스패스(애플리케이션 실행할 때 주는 -classpath 옵션 또는class.path 환경 변수의 값에 해당하는 위치)에서 클래스를 읽는다.
      세 개의 클래스 로더(BootstrapClassLoader, PlatformClassLoader, AppClassLoader)가 기본적으로 생성되고 각각의 클래스 로더는 프로퍼티 값으로 설정된 위치의 클래스들만 읽어준다.
package me.devhistory;

public class App 
{
    Book book = new Book(); //심볼릭 메모리 레퍼런스

    public static void main( String[] args )
    {
        ClassLoader classLoader = App.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        // AppClassLoader : 현재 App이라는 클래스를 읽은 클래스로더
        System.out.println(classLoader.getParent());
        // PlatformClassLoader : AppClassLoader의 부모 클래스로더
        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());
        // BootstrapClassLoader : 네이티브 코드로 구현되어있어 null로 표시됨. PlatformClassLoader의 부모
    }
}

※ 우리가 작성하는 코드들은 대부분 AppClassLoader가 읽는다.

클래스 로더 전체 동작 설명

  • 클래스(.class)를 읽어달라고 하면 제일 최상위에 위치한 부트 스트랩 클래스로더에게 읽어달라고 부탁을 한다. 부트 스트랩 클래스로더는 설정된 프로퍼티 값을 기준으로 클래스를 찾게 되며 클래스를 발견하지 못 했다면 그 다음에 위치한 플랫폼 클래스로더에게 읽어달라고 부탁한다. 플랫폼 클래스로더도 클래스를 못 읽으면 애플리케이션 클래스로더가 직접 읽어 온다.
  • 만약 애플리케이션 클래스로더도 못 읽는다면 ClassNotFoundexception 에러가 발생한다.

 

클래스를 읽어오는 로딩 과정을 완료하면 링크 과정을 수행한다.

  • 우선 .class 파일 형식이 유효한지 체크한다.
  • 그리고 기본적으로 필요한 메모리들을 준비한다.(Preparation)
  • 마지막으로 심볼릭 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체한다. 이는 링크 과정에서 발생할 수도 있고 추후에 발생할 수도 있다.(Optional)
    • 심볼릭 레퍼런스 : 기본 자료형(primitive data type)을 제외한 모든 타입(클래스와 인터페이스)이 해당하는데 참고하는 객체의 특정 메모리 주소를 참조 관계로 구성한 것이 아니라 참조하는 대상의 이름만 가지고 있는 것을 의미한다. 논리적인 레퍼런스라고 볼 수 있다.

링크 과정까지 완료하면 마지막 단계인 초기화를 수행한다.

  • Preparation을 통해 준비 해놓은 메모리 영역에 static한 변수들을 할당한다.
    • static 변수, static 블록

[참고자료]

더 자바, 코드를 조작하는 다양한 방법, 백기선

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