[Java를 실행하면 어떻게 진행이 되나요?] 2-1. JVM-ClassLoader

khyojun·2022년 11월 28일

JVM classLoader 자바는 어떻게 실행이되나요

[Java를 실행하면 어떻게 진행이 되나요?]

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이제 본격적으로 JVM이라는 Java의 아주 핵심이 되는 친구에 대해서 하나씩 알아보자. 물론 깊게 들어갈거다.
일단 아래의 그림을 보자.

🔍 Java 실행 과정

그림에서 보면 알겠지만 JVM을 크게 분류하면 4가지로 기능을 나눌 수 있다.

Class Loader
Execution Engine
Runtime Data Area
GarbageCollector

여기 보면 이제 말 그대로 자바는 어떻게 실행되는지에 대한 과정이 차례대로 나와있다. 물론! 이 그림대로만 설명을 해도 되겠지만 여기에 존재하는 각각의 기능들이 다 중요한 기능이라서 챕터를 나눠서 볼려고 한다!

이번 시간에는 Class Loader에 대해서 알아보자!

📕 Class Loader

위에 과정에서도 설명하였지만 간단하게 설명하면은 컴파일러에 의하여서 바이트 코드로 바뀐 것을 JVM의 Runtime Data Area영역으로 적재시키는 역할을 해준다. 그리고 다음과 같은 역할을 한다고 한다!

Loading
Linking
Resolution
Initialization

📌 Loading

클래스 로더는 “. class” 파일에서 해당 바이너리 데이터를 생성하여 메소드 영역에 저장합니다.

📌 Resolution

런타임 상수 풀의 기호 참조가 실제로 필요한 유형의 유효한 클래스를 가리키는지 확인하는 것을 의미합니다. 기호 참조의 확인은 참조된 클래스의 로드를 트리거합니다. JVM 사양에 따르면 이 해결 프로세스는 느리게 수행될 수 있으므로 클래스가 사용될 때까지 연기됩니다.

📌 Linking

Verification, preparation를 실행시킵니다.

Verification: class 파일 의 정확성을 보장합니다. 즉, 이 파일이 올바른 형식으로 되어 있고 유효한 컴파일러에 의해 생성되었는지 여부를 확인합니다. 확인에 실패하면 런타임 예외 java.lang.VerifyError 가 발생 합니다. 이 활동은 구성 요소 ByteCodeVerifier에 의해 수행됩니다. 이 활동이 완료되면 클래스 파일을 컴파일할 준비가 된 것입니다.

Preparation : JVM은 클래스 정적 변수에 대한 메모리를 할당하고 메모리를 기본값으로 초기화합니다.

📌 Initialization

이 단계에서 모든 정적 변수는 코드 및 정적 블록(있는 경우)에 정의된 값으로 할당됩니다. 클래스에서는 위에서 아래로, 클래스 계층에서는 부모에서 자식으로 실행됩니다.

위와 같은 역할을 진행 하는데 있어서 단일의 Class Loader로만 진행을 할까? 그건 또 아니라고 한다.

📌 클래스 로더의 종류

BootStrap Class Loader : 모든 JVM 구현에는 신뢰할 수 있는 클래스를 로드할 수 있는 부트스트랩 클래스 로더가 있어야 합니다. " JAVA_HOME/jre/lib" 디렉토리 에 있는 핵심 Java API 클래스를 로드합니다 . 이 경로는 일반적으로 부트스트랩 경로로 알려져 있습니다. C, C++와 같은 네이티브 언어로 구현됩니다.
Extension Class Loader : 부트스트랩 클래스 로더의 자식입니다. 확장 디렉토리 " JAVA_HOME/jre/lib/ext" (확장 경로) 또는 java.ext.dirs 시스템 특성에 의해 지정된 다른 디렉토리에 있는 클래스를 로드합니다. 이것은 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 클래스에 의해 자바에서 구현됩니다.
System/Application Class Loader : 확장 클래스 로더의 자식입니다. 애플리케이션 클래스 경로에서 클래스를 로드하는 역할을 합니다. 내부적으로 java.class.path에 매핑된 환경 변수를 사용합니다. 또한 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 클래스에 의해 Java로 구현됩니다.

이렇게 3가지가 존재한다고 하는데 작동을 할 때 Delegation-Hierarchy의 원칙에 따라서 클래스를 로드한다고 한다. (한국말로 위임-계층이라고 생각하니 이해가 쉬웠다.)

BootStrap부터 시작하여 없으면 Extension 없으면 System/Application 순서대로 가게 된다.
여기서 위 클래스 로더들에서 공통적으로 말하는 것들이 클래스를 로드한다는 거다! 그러면 만약에 이상한 클래스를 불러서 컴파일을 시킨다? 하면 java.lang.ClassNotFoundException이 발생하는거니까 이런 문제가 생기면 컴파일 문제라는 것을 잘 알고 가자!