ClassLoader

• 역할 : Java Compiler를 통해 .class 확장자를 가진 클래스 파일은 각 디렉터리에 흩어져 있고, 기본 라이브러리의 클래스 파일들은 $JAVA_HOME 내부 경로에 존재함
⇒ 각각의 클래스 파일들을 찾아서 JVM의 메모리에 탑재 해주는 역할을 하는 것이 ClassLoader의 역할임

ClassLoader의 전체적인 역할

• ClassLoader는 클래스 파일을 찾아서 탑재하는 역할 뿐 아니라 JVM에 관련된 다른 일들도 같이하게 됨
• 크게, Loading, Linking, Initialization 3가지 역할을 맡음
• Loading : 클래스 파일을 탑재하는 과정
• Linking : 클래스 파일을 사용하기 위해 검증, 기본 값으로 초기화하는 과정
• Initialization : static field의 값들을 정의한 값으로 초기화를 하는 과정

Loading

• ClassLoader 가 필요한 클래스 파일들을 찾아 탑재함. 각각의 클래스 파일들이 기본으로 제공받는 클래스 파일인지 혹은 개발자가 정의한 클래스 파일인지와 같은 기준에 따라 ClassLoader의 수준이 세 가지로 나뉨

실습

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class Main {

   public static void main(String[] args) {
       UserClass userClass = new UserClass(2);
       int number = 1;
       List<Integer> numbers = new LinkedList<>();
   }
}

public class UserClass {
   private int num;

   public UserClass(int num) {
       this.num = num;
   }

   public int getNum() {
       return num;
   }
}

java -verbose:class Main

1. Bootstrap Class Loader

• 다른 모든 ClassLoader의 부모가 되는 ClassLoader임

• rt.jar를 포함하여 JVM을 구동시키기 위한 가장 필수적인 라이브러리의 클래스들을 JVM에 탑재함

• 가장 상위의 ClassLoader이므로 다른 ClassLoader와는 다르게 탑재되는 운영체제에 맞게 네이티브 코드로 작성됨

[Opened /usr/lib/jvm/java-8-openjdk-amd64/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.lang.Object from /usr/lib/jvm/java-8-openjdk-amd64/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.io.Serializable from /usr/lib/jvm/java-8-openjdk-amd64/jre/lib/rt.jar]
...중략...

2. Extensions ClassLoader

• Bootstrap ClassLoader 다음으로 우선순위를 가지는 ClassLoader임

• localedata, zipfs 등 다른 표준 핵심 Java Class의 라이브러리들을 JVM에 탑재하는 역할을 함

• 이들은, $JAVA_HOME/jre/lib/ext__ 에 있음

3. Application ClassLoader

• System ClassLoader 라고도 부름

• Classpath 에 있는 클래스들을 탑재함

• 개발자들이 자바 코드로 짠 클래스 파일들을 JVM에 탑재하는 역할을 수행

ClassLoader의 구현 구조

public class Main {

   public static void main(String[] args) {
       UserClass userClass = new UserClass(2);
       System.out.println("Application ClassLoader: " + UserClass.class.getClassLoader());
       System.out.println("Extension ClassLoader: " + UserClass.class.getClassLoader().getParent());
       System.out.println("Bootstrap ClassLoader: " + UserClass.class.getClassLoader().getParent().getParent());
   }
}

/*
Application ClassLoader: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@75b84c92
Extension ClassLoader: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4aa298b7
Bootstrap ClassLoader: null
*/

Linking

• 로드된 클래스 파일들을 검증하고 사용할 수 있게 준비하는 과정을 의미함

• Linking 또한 Verification, Preparation, Resolution 이라는 세 가지 단계로 이루어져 있음

Initialization

• 클래스 파일의 코드를 읽음

• Java 코드에서의 class와 interface의 값들을 지정한 값들로 초기화 및 초기화 메서드를 실행시켜줌

• 이 때, JVM은 멀티 스레딩으로 작동을 하며, 같은 시간에 한 번에 초기화를 하는 경우가 있기 때문에, 초기화 단계에서도 동시성을 고려해주어야 함