1. 클래스 로더 소개
클래스 로더는 런타임 동안 Java 클래스를 JVM (Java Virtual Machine)에 동적으로 로드하는 역할을 합니다. 또한 JRE(Java Runtime Environment)의 일부입니다. 따라서 JVM은 클래스 로더 덕분에 Java 프로그램을 실행하기 위해 기본 파일이나 파일 시스템에 대해 알 필요가 없습니다.
또한 이러한 Java 클래스는 한 번에 메모리에 로드되지 않고 애플리케이션에서 필요할 때 로드됩니다. 여기에서 클래스 로더가 등장합니다. 그들은 클래스를 메모리에 로드하는 일을 담당합니다.
이 사용방법(예제)에서는 다양한 유형의 내장 클래스 로더와 작동 방식에 대해 설명합니다. 그런 다음 자체 사용자 정의 구현을 소개합니다.
2. 내장 클래스 로더의 종류
다양한 클래스 로더를 사용하여 다른 클래스를 로드하는 방법을 배우는 것으로 시작하겠습니다.
public void printClassLoaders() throws ClassNotFoundException {
System.out.println("Classloader of this class:"
+ PrintClassLoader.class.getClassLoader());
System.out.println("Classloader of Logging:"
+ Logging.class.getClassLoader());
System.out.println("Classloader of ArrayList:"
+ ArrayList.class.getClassLoader());
}위의 메서드가 실행되면 다음이 인쇄됩니다.
Class loader of this class:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
Class loader of Logging:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@3caeaf62
Class loader of ArrayList:null우리가 볼 수 있듯이 여기에는 세 가지 다른 클래스 로더가 있습니다: 응용 프로그램, 확장 및 부트스트랩( null 로 표시됨).
애플리케이션 클래스 로더는 예제 메소드가 포함된 클래스를 로드합니다. 애플리케이션 또는 시스템 클래스 로더는 클래스 경로에 자체 파일을 로드합니다.
다음으로 확장 클래스 로더는 Logging 클래스를 로드합니다. 확장 클래스 로더는 표준 코어 Java 클래스의 확장인 클래스를 로드합니다.
마지막으로 부트스트랩 클래스 로더는 ArrayList 클래스를 로드합니다. 부트스트랩 또는 원시 클래스 로더는 다른 모든 것의 부모입니다.
그러나 ArrayList 의 경우 출력에 null 이 표시됨 을 알 수 있습니다 . 이는 부트스트랩 클래스 로더가 Java가 아닌 네이티브 코드로 작성되어 Java 클래스로 표시되지 않기 때문입니다. 결과적으로 부트스트랩 클래스 로더의 동작은 JVM마다 다릅니다.
이제 이러한 각 클래스 로더에 대해 더 자세히 논의해 보겠습니다.
2.1. 부트스트랩 클래스 로더
Java 클래스는 java.lang.ClassLoader 인스턴스에 의해 로드됩니다 . 그러나 클래스 로더는 클래스 자체입니다. 그래서 질문은 누가 java.lang.ClassLoader 자체 를 로드 합니까?
여기에서 부트스트랩 또는 원시 클래스 로더가 작동합니다.
주로 $JAVA_HOME/jre/lib 디렉토리 에 있는 rt.jar 및 기타 핵심 라이브러리와 같은 JDK 내부 클래스를 로드하는 역할을 합니다. 또한 Bootstrap 클래스 로더는 다른 모든 ClassLoader 인스턴스 의 부모 역할을 합니다 .
이 부트스트랩 클래스 로더는 핵심 JVM의 일부이며 위의 예에서 지적한 대로 기본 코드로 작성되었습니다. 플랫폼마다 이 특정 클래스 로더의 구현이 다를 수 있습니다.
2.2. 확장 클래스 로더
확장 클래스 로더는 부트스트랩 클래스 로더의 자식이며 플랫폼에서 실행되는 모든 애플리케이션에서 사용할 수 있도록 표준 코어 Java 클래스의 확장을 로드 합니다 .
확장 클래스 로더는 JDK 확장 디렉토리, 일반적으로 $JAVA_HOME/lib/ext 디렉토리 또는 java.ext.dirs 시스템 속성 에 언급된 기타 디렉토리에서 로드합니다.
2.3. 시스템 클래스 로더
반면에 시스템 또는 응용 프로그램 클래스 로더는 모든 응용 프로그램 수준 클래스를 JVM으로 로드하는 작업을 처리합니다. classpath 환경 변수, -classpath 또는 -cp 명령줄 옵션 에서 찾은 파일을 로드합니다 . 또한 확장 클래스 로더의 자식이기도 합니다.
3. 클래스 로더는 어떻게 작동합니까?
클래스 로더는 Java Runtime Environment의 일부입니다. JVM이 클래스를 요청할 때 클래스 로더는 클래스를 찾고 정규화된 클래스 이름을 사용하여 클래스 정의를 런타임에 로드하려고 합니다.
java.lang.ClassLoader.loadClass() 메소드 는 클래스 정의를 런타임에 로드하는 역할을 합니다 . 정규화된 이름을 기반으로 클래스를 로드하려고 합니다.
클래스가 아직 로드되지 않은 경우 요청을 상위 클래스 로더에 위임합니다. 이 프로세스는 재귀적으로 발생합니다.
결국 부모 클래스 로더가 클래스를 찾지 못하면 자식 클래스는 java.net.URLClassLoader.findClass() 메서드를 호출하여 파일 시스템 자체에서 클래스를 찾습니다.
마지막 자식 클래스 로더도 클래스를 로드할 수 없으면 java.lang.NoClassDefFoundError 또는 java.lang.ClassNotFoundException이 발생합니다.
ClassNotFoundException 이 발생 했을 때의 출력 예를 살펴보겠습니다 .
java.lang.ClassNotFoundException: com.baeldung.classloader.SampleClassLoader
at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:381)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at java.lang.Class.forName0(Native Method)
at java.lang.Class.forName(Class.java:348)java.lang.Class.forName() 호출에서 바로 이벤트 시퀀스를 살펴보면 먼저 상위 클래스 로더를 통해 클래스를 로드한 다음 java.net.URLClassLoader.findClass( ) 클래스 자체를 찾습니다.
여전히 클래스를 찾지 못하면 ClassNotFoundException이 발생합니다.
이제 클래스 로더의 세 가지 중요한 기능을 살펴보겠습니다.
3.1. 위임 모델
클래스 로더는 위임 모델을 따르며 클래스 또는 리소스를 찾기 위한 요청이 있을 때 ClassLoader 인스턴스는 클래스 또는 리소스 검색을 상위 클래스 로더에 위임합니다 .
애플리케이션 클래스를 JVM에 로드하라는 요청이 있다고 가정해 보겠습니다. 시스템 클래스 로더는 먼저 해당 클래스의 로드를 상위 확장 클래스 로더에 위임하고, 상위 확장 클래스 로더는 차례로 이를 부트스트랩 클래스 로더에 위임합니다.
부트스트랩과 확장 클래스 로더가 클래스를 로드하는 데 실패한 경우에만 시스템 클래스 로더가 클래스 자체를 로드하려고 합니다.
3.2. 독특한 수업
위임 모델의 결과 로 우리는 항상 위쪽으로 위임하려고 하므로 고유한 클래스 를 보장하기 쉽습니다 .
상위 클래스 로더가 클래스를 찾을 수 없는 경우에만 현재 인스턴스가 스스로 그렇게 하려고 시도합니다.
3.3. 시계
또한 자식 클래스 로더는 부모 클래스 로더에 의해 로드된 클래스에서 볼 수 있습니다 .
예를 들어, 시스템 클래스 로더에 의해 로드된 클래스는 확장 및 부트스트랩 클래스 로더에 의해 로드된 클래스에 대한 가시성을 갖지만 그 반대의 경우는 없습니다.
이를 설명하기 위해 클래스 A가 애플리케이션 클래스 로더에 의해 로드되고 클래스 B가 확장 클래스 로더에 의해 로드되면 애플리케이션 클래스 로더에 의해 로드된 다른 클래스에 관한 한 A 및 B 클래스가 모두 표시됩니다.
그러나 클래스 B는 확장 클래스 로더에 의해 로드된 다른 클래스에서 볼 수 있는 유일한 클래스입니다.
4. 커스텀 클래스 로더
내장 클래스 로더는 파일이 이미 파일 시스템에 있는 대부분의 경우에 충분합니다.
그러나 로컬 하드 드라이브나 네트워크에서 클래스를 로드해야 하는 시나리오에서는 사용자 지정 클래스 로더를 사용해야 할 수도 있습니다.
이 섹션에서는 사용자 정의 클래스 로더에 대한 몇 가지 다른 사용 사례를 다루고 만드는 방법을 보여줍니다.
4.1. 커스텀 클래스 로더 사용 사례
사용자 정의 클래스 로더는 런타임 중에 클래스를 로드하는 것 이상으로 유용합니다. 몇 가지 사용 사례에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- 기존 바이트코드 수정 지원(예: 제직 에이전트)
- 예를 들어 JDBC에서 사용자의 요구에 동적으로 적합한 클래스를 생성하는 경우 다른 드라이버 구현 간의 전환은 동적 클래스 로딩을 통해 수행됩니다.
- 동일한 이름과 패키지를 가진 클래스에 대해 다른 바이트코드를 로드하는 동안 클래스 버전 관리 메커니즘을 구현합니다. 이것은 URL 클래스 로더(URL을 통해 jar 로드) 또는 사용자 정의 클래스 로더를 통해 수행할 수 있습니다.
다음은 사용자 정의 클래스 로더가 유용할 수 있는 보다 구체적인 예입니다.
예를 들어 브라우저는 사용자 정의 클래스 로더를 사용하여 웹사이트에서 실행 가능한 콘텐츠를 로드합니다. 브라우저는 별도의 클래스 로더를 사용하여 다른 웹 페이지에서 애플릿을 로드할 수 있습니다. 애플릿을 실행하는 데 사용되는 애플릿 뷰어에는 로컬 파일 시스템을 보는 대신 원격 서버의 웹 사이트에 액세스하는 ClassLoader 가 포함되어 있습니다.
그런 다음 HTTP를 통해 원시 바이트 코드 파일을 로드하고 JVM 내부의 클래스로 바꿉니다. 이러한 애플릿의 이름이 같더라도 다른 클래스 로더에 의해 로드되면 다른 구성 요소로 간주됩니다 .
이제 커스텀 클래스 로더가 왜 관련이 있는지 이해했으므로 JVM이 클래스를 로드하는 방법의 기능을 확장하고 요약하기 위해 ClassLoader 의 하위 클래스를 구현해 보겠습니다.
4.2. 커스텀 클래스 로더 만들기
설명을 위해 사용자 정의 클래스 로더를 사용하여 파일에서 클래스를 로드해야 한다고 가정해 보겠습니다.
ClassLoader 클래스 를 확장하고 findClass() 메서드 를 재정의 해야 합니다.
public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
@Override
public Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] b = loadClassFromFile(name);
return defineClass(name, b, 0, b.length);
}
private byte[] loadClassFromFile(String fileName) {
InputStream inputStream = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(
fileName.replace('.', File.separatorChar) + ".class");
byte[] buffer;
ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream();
int nextValue = 0;
try {
while ( (nextValue = inputStream.read()) != -1 ) {
byteStream.write(nextValue);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
buffer = byteStream.toByteArray();
return buffer;
}
}위의 예에서는 기본 클래스 로더를 확장하고 지정된 파일에서 바이트 배열을 로드하는 사용자 정의 클래스 로더를 정의했습니다.
5. java.lang.ClassLoader 이해하기
어떻게 작동하는지 더 명확하게 이해하기 위해 java.lang.ClassLoader 클래스 의 몇 가지 필수 메소드에 대해 논의해 보겠습니다 .
5.1. loadClass( ) 메서드
public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {이 메소드는 이름 매개변수가 지정된 클래스를 로드하는 역할을 합니다. name 매개변수는 정규화된 클래스 이름을 나타냅니다.
JVM(Java Virtual Machine)은 loadClass() 메서드를 호출하여 클래스 참조를 확인하고 resolve를 true 로 설정합니다 . 그러나 항상 클래스를 해결할 필요는 없습니다. 클래스가 존재하는지 여부만 확인해야 하는 경우 resolve 매개변수는 false 로 설정됩니다 .
이 메소드는 클래스 로더의 진입점 역할을 합니다.
java.lang.ClassLoader 의 소스 코드에서 loadClass() 메서드 의 내부 작업을 이해하려고 시도할 수 있습니다 .
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}메서드의 기본 구현은 다음 순서로 클래스를 검색합니다.
- findLoadedClass(String) 메서드를 호출하여 클래스가 이미 로드되었는지 확인합니다.
- 부모 클래스 로더에서 loadClass(String) 메서드를 호출합니다 .
- findClass(String) 메서드를 호출하여 클래스를 찾습니다.
5.2. defineClass( ) 메서드
protected final Class<?> defineClass(
String name, byte[] b, int off, int len) throws ClassFormatError이 메소드는 바이트 배열을 클래스의 인스턴스로 변환하는 역할을 합니다. 클래스를 사용하기 전에 해결해야 합니다.
데이터에 유효한 클래스가 없으면 ClassFormatError가 발생합니다.
또한 이 메서드는 final로 표시되어 있으므로 재정의할 수 없습니다.
5.3. findClass( ) 메서드
protected Class<?> findClass(
String name) throws ClassNotFoundException이 메서드는 정규화된 이름을 매개 변수로 사용하여 클래스를 찾습니다. 클래스를 로드하기 위한 위임 모델을 따르는 사용자 정의 클래스 로더 구현에서 이 메서드를 재정의해야 합니다.
또한 부모 클래스 로더가 요청된 클래스를 찾을 수 없는 경우 loadClass() 가 이 메서드를 호출합니다.
클래스 로더의 부모가 클래스를 찾지 못하면 기본 구현은 ClassNotFoundException 을 던집니다 .
5.4. getParent( ) 메서드
public final ClassLoader getParent()이 메서드는 위임을 위해 부모 클래스 로더를 반환합니다.
이전 섹션 2에서 본 것과 같은 일부 구현에서는 null 을 사용하여 부트스트랩 클래스 로더를 나타냅니다.
5.5. getResource( ) 메서드
public URL getResource(String name)이 메소드는 주어진 이름을 가진 자원을 찾으려고 시도합니다.
먼저 리소스의 상위 클래스 로더에 위임합니다. 부모가 null 이면 가상 머신에 빌드된 클래스 로더의 경로를 검색합니다.
실패하면 메서드는 findResource(String) 를 호출 하여 리소스를 찾습니다. 입력으로 지정된 리소스 이름은 클래스 경로에 대해 상대적이거나 절대적일 수 있습니다.
리소스를 읽기 위한 URL 개체를 반환하거나 리소스를 찾을 수 없거나 호출자가 리소스를 반환할 수 있는 적절한 권한이 없는 경우 null을 반환합니다.
Java는 클래스 경로에서 리소스를 로드한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
마지막으로 Java에서 리소스 로드는 위치 독립적인 것으로 간주 됩니다. 환경이 리소스를 찾도록 설정되어 있는 한 코드가 실행되는 위치는 중요하지 않기 때문입니다.
6. 컨텍스트 클래스 로더
일반적으로 컨텍스트 클래스 로더는 J2SE에 도입된 클래스 로딩 위임 방식에 대한 대체 방법을 제공합니다.
이전에 배운 것처럼 JVM의 클래스 로더는 계층적 모델을 따르므로 모든 클래스 로더에는 부트스트랩 클래스 로더를 제외하고 단일 부모가 있습니다.
그러나 때때로 JVM 코어 클래스가 애플리케이션 개발자가 제공하는 클래스나 리소스를 동적으로 로드해야 하는 경우 문제가 발생할 수 있습니다.
예를 들어, JNDI에서 핵심 기능은 rt.jar의 부트스트랩 클래스에 의해 구현됩니다. 그러나 이러한 JNDI 클래스는 독립 공급업체가 구현한 JNDI 공급자를 로드할 수 있습니다(응용 프로그램 클래스 경로에 배포됨). 이 시나리오에서는 부트스트랩 클래스 로더(상위 클래스 로더)가 애플리케이션 로더(자식 클래스 로더)에 표시되는 클래스를 로드해야 합니다.
J2SE 위임은 여기에서 작동하지 않으며 이 문제를 해결하려면 클래스 로드의 대체 방법을 찾아야 합니다. 이것은 스레드 컨텍스트 로더를 사용하여 달성할 수 있습니다.
java.lang.Thread 클래스에는 특정 스레드에 대한 ContextClassLoader 를 반환하는 getContextClassLoader() 메서드가 있습니다. ContextClassLoader 는 리소스 및 클래스를 로드할 때 스레드 작성자가 제공합니다.
값이 설정되지 않은 경우 기본적으로 부모 스레드의 클래스 로더 컨텍스트로 설정됩니다.
7. 결론
클래스 로더는 Java 프로그램을 실행하는 데 필수적입니다. 이 기사에서 우리는 그들에 대한 좋은 소개를 제공했습니다.
우리는 부트스트랩, 확장 및 시스템 클래스 로더와 같은 다양한 유형의 클래스 로더에 대해 논의했습니다. 부트스트랩은 이들 모두의 부모 역할을 하며 JDK 내부 클래스를 로드하는 역할을 합니다. 반면에 확장 및 시스템은 각각 Java 확장 디렉토리 및 클래스 경로에서 클래스를 로드합니다.
또한 클래스 로더가 작동하는 방식을 배우고 위임, 가시성 및 고유성과 같은 일부 기능을 조사했습니다. 그런 다음 사용자 정의 클래스 로더를 만드는 방법을 간략하게 설명했습니다. 마지막으로 Context 클래스 로더에 대한 소개를 제공했습니다.
항상 그렇듯이 이 예제의 소스 코드는 GitHub 에서 찾을 수 있습니다 .
