Java URLClassLoader로 알아보는 클래스로딩

Bootstrap ClassLoader, Extension ClassLoader, Application ClassLoader 이 3가지 기본 클래스로더 말고도 자주 사용되는URLClassLoader가 있다.
사실 Java 8의 Extension ClassLoader와 Application ClassLoader는 URLClassLoader를 상속받아서 만들어진 클래스다.

3가지 기본 클래스로더에 대한 자세한 내용은 여기를 참고한다.

간단한 URLClassLoader 예제로 클래스로딩 과정을 짚어보자.

Java 8

URLClassLoader 예제

ClassLoaderRunner

package homo.efficio.classloader;

import com.sun.nio.zipfs.ZipInfo;

import java.io.File;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;

public class ClassLoaderRunner {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("-----------------------------------");
        System.out.println("3 Default ClassLoader\n");
        // Bootstrap ClassLoader 확인
        final ClassLoader bootStrapClassLoader = String.class.getClassLoader();
        System.out.println("Bootstrap Classloader - ClassLoader of String.class: " + bootStrapClassLoader);

        // Extension ClassLoader 확인
        final ClassLoader extensionClassLoader = ZipInfo.class.getClassLoader();
        System.out.println("Extension Classloader - ClassLoader of ZipInfo.class: " + extensionClassLoader);

        // Application ClassLoader 확인
        final ClassLoader applicationClassLoader = Internal.class.getClassLoader();
        System.out.println("Application Classloader - ClassLoader of Internal.class: " + applicationClassLoader);

        System.out.println("-----------------------------------");
        System.out.println("ClassLoader Hierarchy\n");

        System.out.println("BootStrap ClassLoader           : " + bootStrapClassLoader);
        System.out.println("extensionClassLoader.getParent(): " + extensionClassLoader.getParent());

        System.out.println("Extension ClassLoader             : " + extensionClassLoader);
        System.out.println("applicationClassLoader.getParent(): " + applicationClassLoader.getParent());


        // 외부 폴더에 있는 파일 존재 확인
        final File classRepo = new File("C:/Temp/class-repo/");
//        System.out.println(classRepo.exists());
        final File abcClassFile = new File("C:/Temp/class-repo", "homo/efficio/classloader/External.class");
//        System.out.println(abcClassFile.exists());

        try {

            System.out.println("-----------------------------------");
            System.out.println("ClassLoader for External and Internal\n");
            final URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(new URL[]{ classRepo.toURI().toURL() });
            final Class<?> externalFromUrl = urlClassLoader.loadClass("homo.efficio.classloader.External");
            System.out.println("ClassLoader of External: " + externalFromUrl.getClassLoader());
            System.out.println("ClassLoader of Internal: " + Internal.class.getClassLoader());

            System.out.println("-----------------------------------");

        } catch (MalformedURLException e) {
            throw new RuntimeException("URL 형식이 잘못되었습니다.", e);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException("클래스가 없습니다.", e);
        }


    }
}

간단하다. 먼저 3가지 기본 클래스로더를 출력해보고, 기본 클래스로더 사이의 위계 구조(Hierarchy)를 출력해서 확인해본다.

마지막으로 프로젝트 경로 외부에 있는 클래스를 URLClassLoader를 통해 읽어오는 부분이 있다. URLClassLoader를 생성할 때 URL만 인자로 넘기면 기본값으로 ClassLoaderRunner를 로딩한 애플리케이션 클래스로더가 parent classloader로 사용된다.

유의해야할 점은 URLClassLoader의 생성자 인자로 URL을 넘겨줄 때 로딩하고자 하는 .class 파일을 포함하고 있는 디렉토리(/로 끝나야 함)를 넘겨줘야 .class 파일을 인식할 수 있다는 점이다. 예를 들어 패키지를 포함한 클래스 이름이 ‘a.b.c.ABC.class’라면 실제로는 ‘…/어딘가/a/b/c/ABC.class’로 저장돼 있는데, ‘/a’를 포함하고 있는 ‘…/어딘가/‘를 URL로 변환해서 넘겨줘야 한다.

Internal

package homo.efficio.classloader;

import java.util.UUID;

public class Internal {

    private Long id;

    private UUID uuid;
    
    // getter/setter 생략

Internal 클래스는 그냥 별다른 특이점이 없는 일반적인 클래스다.

External

package homo.efficio.classloader;

public class External {

    private Long id;

    private String name;

    private Internal internal;
    
    // getter/setter 생략

External 클래스는 컴파일 한 후에 클래스 파일을 프로젝트(클래스패스) 외부로 옮겨서 URLClassLoader 에 의해 로딩되는 부분을 테스트하는데 사용한다.

Internal 클래스를 필드로 가지고 있는데, External 클래스가 외부에서 로딩될 때 Internal 클래스의 로딩 여부를 확인하는 데 사용한다.

실행 결과 - 1

클래스 파일을 전혀 손대지 않은 실행 결과는 다음과 같다.

-----------------------------------
3 Default ClassLoader

Bootstrap Classloader - ClassLoader of String.class: null
Extension Classloader - ClassLoader of ZipInfo.class: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@5a07e868
Application Classloader - ClassLoader of Internal.class: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
-----------------------------------
ClassLoader Hierarchy

BootStrap ClassLoader           : null
extensionClassLoader.getParent(): null
Extension ClassLoader             : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@5a07e868
applicationClassLoader.getParent(): sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@5a07e868
-----------------------------------
ClassLoader for External and Internal

ClassLoader of External: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
ClassLoader of Internal: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
-----------------------------------

Process finished with exit code 0

알 수 있는 점

Bootstrap ClassLoader는 null 로 표시된다. 실제로 Bootstrap ClassLoader는 Native C로 구현되어 있다.
jre/lib/ext 폴더에 있는 jar 파일 안에 있는 ZipInfo.class를 통해 Extension ClassLoader를 확인할 수 있다.
- 참고로 Java 9 에서는 모듈 시스템이 도입되면서 클래스로더에도 변화가 있었으며, ZipInfo.class 파일을 찾지 못해 컴파일 에러가 발생한다.
External 클래스는 URLClassLoader를 통해 로딩을 시도하더라도, 클래스 파일이 프로젝트 외부가 아닌 내부에 존재하고 있으면 클래스로딩 위임에 의해 여기에 나온 것처럼 Application ClassLoader에 의해 로딩된다.

External 클래스를 프로젝트 내부에서 외부로 옮긴 후 실행

다음 그림과 같이 External 클래스를 프로젝트 내부(즉 클래스패스)에서는 없애고 외부에만 존재하게 바꾸고 실행하면,

Imgur

다음과 같이 External 클래스가 Application ClassLoader가 아니라 URLClassLoader에 의해 로딩됨을 알 수 있다.

-----------------------------------
ClassLoader for External and Internal

ClassLoader of External: java.net.URLClassLoader@2c7b84de
ClassLoader of Internal: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

알 수 있는 점

컴파일 된 클래스 파일을 클래스패스 외부에 두고 URLClassLoader로 로딩할 수 있다.
외부에 있는 클래스 파일에 포함되어 있는 Internal는 클래스로더 위임에 따라 원래대로 Application ClassLoader에서 로딩한다.
- 즉 클래스패스 외부에 있는 클래스 파일이 클래스패스 내부에 있는 클래스를 참조하더라도 둘 모두 문제 없이 로딩해서 조합해서 사용할 수 있다.

Java 9

URLClassLoader 예제

External, Internal 클래스는 Java 8 예제와 동일하고, main 클래스만 Java 9 에 맞게 조금 수정해야 한다.

ClassLoaderRunner9

package homo.efficio.classloader;

import java.io.File;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;

/**
 * @author homo.efficio@gmail.com
 * Created on 2018-10-11.
 */
public class ClassLoaderRunner9 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("-----------------------------------");
        System.out.println("3 Default ClassLoader\n");
        // Bootstrap ClassLoader 확인
        final ClassLoader bootStrapClassLoader = String.class.getClassLoader();
        System.out.println("Bootstrap Classloader - ClassLoader of String.class: " + bootStrapClassLoader);

        // Platform ClassLoader 확인
        final ClassLoader platformClassLoader = ClassLoader.getPlatformClassLoader();
        System.out.println("Platform Classloader - ClassLoader.getPlatformClassLoader(): " + platformClassLoader);

        // System ClassLoader 확인
        final ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println("System Classloader - ClassLoader.getSystemClassLoader()    : " + systemClassLoader);

        System.out.println("-----------------------------------");
        System.out.println("ClassLoader Hierarchy\n");

        System.out.println("BootStrap ClassLoader           : " + bootStrapClassLoader);
        System.out.println("platformClassLoader.getParent() : " + platformClassLoader.getParent());

        System.out.println("Platform ClassLoader             : " + platformClassLoader);
        System.out.println("systemClassLoader.getParent()    : " + systemClassLoader.getParent());


        // 외부 폴더에 있는 파일 존재 확인
        final File classRepo = new File("C:/Temp/class-repo/");
//        System.out.println(classRepo.exists());
        final File abcClassFile = new File("C:/Temp/class-repo", "homo/efficio/classloader/External.class");
//        System.out.println(abcClassFile.exists());

        try {

            System.out.println("-----------------------------------");
            System.out.println("ClassLoader for External and Internal\n");
            final URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(new URL[]{ classRepo.toURI().toURL() });
            final Class<?> externalFromUrl = urlClassLoader.loadClass("homo.efficio.classloader.External");
            System.out.println("ClassLoader of External: " + externalFromUrl.getClassLoader());
            System.out.println("ClassLoader of Internal: " + Internal.class.getClassLoader());

            System.out.println("-----------------------------------");

        } catch (MalformedURLException e) {
            throw new RuntimeException("URL 형식이 잘못되었습니다.", e);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException("클래스가 없습니다.", e);
        }
    }
}

Java 8과 달라진 점은 Platform ClassLoader와 System ClassLoader를 ZipInfo.class나 Internal.class와 같은 개별 클래스의 getClassLoader()가 아니라 ClassLoader.getPlatformClassLoader(), ClassLoader.getSystemClassLoader()와 같이 ClassLoader의 static 메서드를 통해 직접 가져올 수 있다는 점이다.

실행 결과

-----------------------------------
3 Default ClassLoader

Bootstrap Classloader - ClassLoader of String.class: null
Platform Classloader - ClassLoader.getPlatformClassLoader(): jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@e73f9ac
System Classloader - ClassLoader.getSystemClassLoader()    : jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@726f3b58
-----------------------------------
ClassLoader Hierarchy

BootStrap ClassLoader           : null
platformClassLoader.getParent() : null
Platform ClassLoader             : jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@e73f9ac
systemClassLoader.getParent()    : jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@e73f9ac
-----------------------------------
ClassLoader for External and Internal

ClassLoader of External: java.net.URLClassLoader@96532d6
ClassLoader of Internal: jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@726f3b58
-----------------------------------

클래스로더의 패키지와 이름이 좀 달라지기는 했지만, 기본 클래스로더의 3계층 구조나 3가지 원칙 등 내용적으로는 Java 8과 같다.

정리

URLClassLoader를 사용하면 클래스패스 외부에 있는 클래스를 로딩해서 클래스패스 내부에 있는 클래스와 조합해서 사용할 수 있다.

URLClassLoader로 개별 .class 파일을 로딩하려면 해당 클래스 파일을 포함하고 있는 디렉토리(‘/‘로 끝나야 함)를 URL로 전달해야 한다.

URLClassLoader로 로딩을 시도하더라도 클래스 파일이 클래스패스 내에 존재하면 클래스로더 위임 원칙에 의해 URLClassLoader가 아닌 애플리케이션 클래스로더(Java 9부터는 시스템 클래스로더)에 의해 로딩된다.

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뒤태지존의 끄적거림

Java URLClassLoader로 알아보는 클래스로딩

Java URLClassLoader로 알아보는 클래스로딩

Java 8

URLClassLoader 예제

ClassLoaderRunner

Internal

External

실행 결과 - 1

알 수 있는 점

External 클래스를 프로젝트 내부에서 외부로 옮긴 후 실행

알 수 있는 점

Java 9

URLClassLoader 예제

ClassLoaderRunner9

실행 결과

정리

HomoEfficio

Seoul, Korea.