[JVM 밑바닥까지 파헤치기] 7-1. 클래스 로딩 매커니즘: 클래스 동적 로딩

저우즈밍 님의 "JVM 밑바닥까지 파헤치기" 책을 정리한 포스팅 입니다

 

1. 클래스 동적 로딩

• JVM 프로그램 실행 도중, 해당 클래스가 처음 필요해지는 시점에 클래스를 메모리에 로드하는 방식
• ✅ Lazy Loading 기반

 

장점

항목	설명	특징
확장성	새로운 기능을 기존 코드 수정 없이 추가 가능	- 모듈 단위 설계 가능 - 의존성 분리 가능
유연성	런타임 중에 기능을 교체/추가 가능	ex) OSGi, WAS, 핫스왑 구조
외부 클래스 로딩	네트워크/파일시스템 등에서 외부 .class를 로드할 수 있음	- 사용자 정의 ClassLoader를 통해 구현 - 꼭 로컬 classpath만 쓰지 않음
런타임 바인딩	컴파일 타임이 아닌 실행 중에 어떤 클래스가 사용될지 결정됨	- 다형성 제공 ex) SPI

 

예시) HotSwap

• 실행중인 JVM에서 코드를 수정하고 바로 반영하는 기술
• 새로운 ClassLoader를 만들어서 그 로더로 클래스를 다시 로드
• 이전 로드는 참조를 끊어 GC 대상이 되게 함

 

예시) OSGi

• 번들 단위로 독립적인 클래스 로더를 가지는 동적 모듈 시스템
• ⚠️ 기존의 jar 단위의 배포는 모든 번들을 하나의 클래스패스에 다 올려야 해서 런타임 중 교체가 어렵고 버전 충돌이 심했음
• ✅ 번들마다 자기 전용 ClassLoader를 가짐
• ➡️ 런타임 중 모듈의 설치, 교체, 제거 가능
• ➡️ 패키지 단위 의존성 관리와 버전 격리 가능

 

단점

• 성능 떨어짐

 

과정

1. Loading: 클래스의 바이트코드를 읽어와 JVM 메모리에 로드하는 단계 (클래스 로더 사용)
2. Linking: 로드된 클래스가 실제 실행될 수 있도록 JVM 내부 구조에 연결하는 과정
3. (Initialization): 클래스의 정적 초기화 코드인 <clinit> 메서드를 실행하는 단계

 

특징) Loading

• Heap에 java.lang.Class 인스턴스 생성 (내부적으로 메타데이터를 참조하여 사용하도록 함)
• 배열 클래스는 클래스 로더가 아닌 JVM이 직접 생성 (동적 생성 구조)

 

과정) Linking

단계	설명	항목
Verification	JVM의 안전성 보장을 위한 검증 단계	- 파일 형식: 매직 넘버 버전 번호, 상수 타입 유효성 등 - 메타데이터: 상위 클래스 존재 여부, 필드 이름 충돌 여부 - 바이트코드 유효성: 명령어 유효성, 형변환 적절성 - 접근 제어 검증: 심벌 참조 대상의 접근 권한 확인
Preparation	클래스 변수의 메모리 할당 및 초기화
Resolution	상수 풀의 심벌 참조를 직접 참조로 변환

 

특징) Initialization

항목	설명
부모 클래스 우선	상위 클래스의 <clinit>이 먼저 실행되고, 그 다음에 현재 클래스의 <clinit> 실행
실행 조건	아래 조건 중 하나라도 발생 시 실행됨	- new (인스턴스 생성) - getstatic, putstatic (정적 필드 접근/수정) - invokestatic (정적 메서드 호출)