Java クラスローダーとは何ですか？?

クラスローダーは、Javaランタイムの一部であり、クラスファイルを見つけてJVMにロードする役割を担います。コードが型に初めてアクセスするたびに、JVMはクラスローダーに「このクラスを見つけてくれ」と問い合わせます。ローダーはバイトコードを特定し、読み込み、JVMはメモリ内にクラスを定義します。この仕組みは通常のJavaプログラムでは不可視ですが、modフレームワークがMinecraftをパッチ適用するために使用するまさにそのフックです。

クラスローダーが実際に何をしているのか

クラスローダーは、クラス名を実行中のJVM内で使用可能なクラスに変換します。ある型を要求すると、ローダーが対応する.classファイル（または生成されたもの）を見つけ、検証およびリンクを行い、クラスが使用できるようになります。

この作業は3つのステップで行われます。

1. 検索 — ローダーは、指定されたクラスのバイトコードを特定します（JARファイル、ディスク、ネットワーク、またはオンザフライで生成されたものから）。
2. 検証とリンク — JVMは、バイトコードが有効であり、他のクラスへの参照が解決されることを確認します。
3. 使用 — クラスが使用可能になり、プログラムがインスタンス化できるようになります。

これにより、Javaプログラムはコンパイル時に言及されなかったコードを実行時に動的にロードできます。クラス名があれば、ローダーがそれを探し出すことができます。

クラスローダーの階層構造

クラスローダーは親チェーンで構成されており、そのうちのほとんどが最初に親に問い合わせます。標準的なJavaアプリケーションには、3つの組み込みクラスローダーがあります

アプリケーションローダーがクラスを要求された場合、通常はまず上位に委譲します。プラットフォームローダーに問い合わせ、プラットフォームローダーがBootstrapローダーに問い合わせ、それがロードを試みます。親がロードできない場合にのみ、子ローダーが試みます。これが委譲モデルであり、同じクラスが異なる名前で2回ロードされるのを防ぎます。

クラスの識別と仕組み

クラスは、その名前とそれを定義したローダーの両方によって識別されます。2つの異なるローダーがそれぞれcom.example.MyClassというクラスをロードできる場合、JVMはそれらを完全に異なる型として扱います。これは難解に聞こえるかもしれませんが、Javaができる興味深いことの基礎となっています。

Bootstrap Loader: java.lang.Object (the core Object)
Application Loader: java.lang.Object (if somehow re-loaded by app loader)
→ Two different types, same name
→ This breaks your program, which is why delegation prevents it

カスタムクラスローダー

プログラムは独自のクラスローダーを定義できます。カスタムローダーは、JARファイル、ネットワーク、データベース、またはその場で生成または変換したバイトコードなど、どこからでもバイトコードを読み取ることができます。その方法は次のとおりです

• プラグインシステムは、コンパイル時にその存在を知らなくても、コードを動的にロードします。
• アプリケーションサーバー（Tomcat、JBoss）は、同じJVM内で複数のアプリケーションを実行し、それぞれ独自のクラスローダーを持ちます。
• MinecraftのMODは、ロード時にゲームクラスをパッチします。

MinecraftのMODにとって、なぜこれが重要なのか

MODはカスタムクラスローディングによって存在します。MinecraftのMODローダーは、独自のカスタムクラスローダーでゲームを開始し、ロード時にゲームクラスを表示し、変更できるようにします。そのインターセプトポイントが魔法が起こる場所です。

ローダーがディスクとJVMの間に位置すると、JVMが定義する直前にクラスを変換できます。

Disk: obfuscated Minecraft class
    ↓
Mod Loader (custom classloader)
    ↓ [bytecode transformation happens here]
    ↓
JVM: defines the patched class
    ↓
Memory: game runs with mods active

MODはゲームメソッドを書き換えたり、新しい動作を注入したり、フィールドを追加したりできます。すべてゲームJARをディスク上で変更せずに実行できます。JVMが実際に実行するのは、MODフレームワークによって変更されたクラスです。これが、Fabric、Forge、その他のMODローダーがMinecraftをパッチする方法です。

怠惰なロード

クラスはすべて起動時にロードされるわけではありません。JVMは、実際に使用されるときに初めてクラスをロードします。これは怠惰なロードと呼ばれます。

Program starts → JVM doesn't load String class yet
User calls System.out.println() → String is needed → Loader loads it

これは、クラスローダーが実際にコードが触れるクラスのみを見つけてロードする必要があることを意味します。未使用のクラスはメモリに入りません。これが、Minecraftの起動に時間がかかる理由（MODがクラスをたくさん追加するため）ですが、永久にフリーズすることはありません。

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