클래스 로더 시스템

JVM이 .class 파일을 읽어서 메모리에 올리는 과정을 담당한다.

클래스 로더 계층 구조

Bootstrap ClassLoader   ← JVM 내장 (C/C++), java.lang.* 등 핵심 라이브러리
    └─ Platform ClassLoader   ← Java 9+, 확장 모듈 (java.sql.*, javax.*)
         └─ Application ClassLoader   ← 애플리케이션 클래스패스의 클래스들

• Bootstrap: JVM 구현에 따라 다름. Java 코드에서 참조 불가 (null 반환)
• Platform: Java 8 이전의 Extension ClassLoader
• Application: 개발자가 만든 클래스 대부분이 여기서 로딩됨

부모 위임 모델 (Parent Delegation)

클래스 로딩 요청이 오면 자신이 직접 찾기 전에 부모에게 먼저 위임한다.

Application ClassLoader가 java.lang.String 요청
    → Platform ClassLoader에 위임
    → Bootstrap ClassLoader에 위임
    → Bootstrap이 rt.jar에서 찾아서 로딩 성공
    → Application까지 내려오지 않음

덕분에 java.lang.String을 직접 만들어도 실제로 로딩되지 않아서 핵심 클래스를 변조할 수 없다.

클래스 로딩 3단계

1. 로딩 (Loading)

.class 파일을 읽어서 바이너리 데이터를 만들고 메소드 영역에 저장한다. 저장 내용: FQCN(패키지 포함 클래스명), 클래스/인터페이스/Enum 구분, 메소드·변수 정보 로딩 완료 후 해당 클래스 타입의 Class 객체를 힙 영역에 생성한다.

2. 링크 (Linking)

세 단계로 구성된다.

• Verify: .class 파일 형식이 JVM 스펙에 맞는지 검증
• Prepare: static 변수에 필요한 메모리 할당 + 기본값 초기화 (int → 0, 참조 → null)
• Resolve: 심볼릭 레퍼런스를 메소드 영역의 실제 레퍼런스로 교체 (optional)

3. 초기화 (Initialization)

static 변수를 코드에서 지정한 값으로 초기화하고, static 블록을 실행한다.

static int count = 10;  // Prepare에서 0, 초기화에서 10으로 설정
static {
    System.out.println("초기화 실행");  // 여기서 실행
}

ClassNotFoundException vs NoClassDefFoundError

자주 혼동되는 두 에러. 발생 시점이 다르다.

// ClassNotFoundException 발생 예시
try {
    Class.forName("com.example.NonExistentClass");
} catch (ClassNotFoundException e) {
    // 동적 로딩 실패
}
 
// NoClassDefFoundError 발생 예시
// 컴파일 시에는 SomeClass가 있었지만
// 런타임에 해당 JAR가 없는 경우 → JVM이 Error를 던짐
SomeClass obj = new SomeClass();

실무에서 만나는 클래스 로더 이슈

클래스 로더 누수 (메모리 누수의 일종)

웹 애플리케이션을 재배포(hot deploy)할 때 이전 클래스 로더가 GC되지 않으면 Metaspace OOM이 발생한다.

원인: ThreadLocal, static 필드 등에 이전 클래스 로더 참조가 남아있음
증상: 재배포를 반복하면 Metaspace 사용량이 계속 증가
해결: ThreadLocal.remove(), WeakReference 사용

Spring에서의 클래스 로딩

Spring Boot는 기본적으로 Application ClassLoader를 사용하지만, @Configuration의 CGLIB 프록시 생성이나 @Transactional AOP 프록시는 동적 클래스 생성을 활용한다. 이때 내부적으로 바이트코드 조작 라이브러리(ASM, CGLIB)를 사용한다.

관련 문서

• JVM 구조
• 바이트코드 조작 활용 예