Java - 컴파일 과정

개요

Java란?

 - 프로그래밍 언어

 - 컴퓨터 프로그램(애플리케이션)을 만드는 데 사용

 - 실행환경(JRE) + 실행 도구(JDK) + 라이브러리(API)로 구성

 - 쉽고 빠르게 애플리케이션 개발 가능

 

※ 실행환경(JRE) : 클래스 라이브러리 등 특정 Java 프로그램이 실행할 수 있는 환경을 제공

※ 실행 도구(JDK) : Java를 사용하기 위해 필요한 모든 기능을 갖춘 자바용 SDK

※ 라이브러리(API) : 프로그램을 개발하는데 필요한 기능들을 미리 만들어 놓은 것

Java의 탄생 배경

 - Java는 썬 마이크로시스템즈의 제임스 고슬링이라는 사람과 다른 연구원들이 개발한 프로그래밍 언어로써, 1991년 그린 프로젝트라는 이름으로 시작해 1995년에 발표가 되었다.

 - 제임스 고슬링은 가전제품 내에 탑재해 동작하는 프로그램을 개발하려고 했는데, 당시에는 유닉스 기반의 배경을 가지고 있었기 때문에 사용하던 프로그래밍 언어인 C/C++의 특성상 여러 하드웨어를 커버하기에는 같은 기능의 소스를 각 하드웨어에 맞게 작성해야 하는 번거로움이 있어서 Java를 개발하게 되었다고 한다.

 

Java의 특징

 

 - Java의 가장 큰 특징 중 하나는 어느 하드웨어(CPU) 던, 운영체제(OS)이던 상관없이 독립적으로 작동한다는 점이다.

 - 이러한 장점 덕분에 현재는 웹 애플리케이션 개발에 가장 많이 사용되는 언어가 되었다.

 - 위 같은 특징을 위해서는 JVM(Java Virtual Machine)이 필요한데, JVM은 컴파일된 코드(바이트 코드)를 실행시켜주는 가상의 컴퓨터라고 생각하면 된다.

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JVM의 동작원리

Java 코드의 전체적인 실행 과정

 

1. 개발자가 자바 소스코드(.java)를 작성한다.

2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드 파일을 컴파일한다. → 이때 나오는 파일은 자바 바이트 코드(.class) 파일로 아직 컴퓨터가 읽을 수 없는 코드이며, JVM이 이해할 수 있는 코드이다.

3. 컴파일된 바이트 코드(.class)를 JVM의 Class Loader에게 전달한다.

4. Class Loader는 동적 로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 런타임 데이터 영역, 즉 JVM의 메모리에 올린다.

5. 실행 엔진은 JVM 메모리에 올라온 바이트 코드(.class)들을 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행한다. → 이때 실행 엔진은 바이트 코드를 두 가지 방식으로 변경한다.

 

Java 메모리(Runtime Data Area) 구조

 

 - Java 메모리 구조는 크게 5가지 영역으로 구분된다. 공통의 영역으로 Method Area와 Heap Area이 있으며, 스레드 별로 Stack Area, PC Register, Native Method Stack이 있다.

 - Method Area : 클래스 별로 전역 변수, 정적 변수, 메서드 정보들이 저장된다.

 - Heap Area : 런타임 중 생성되는 객체들이 동적으로 할당되는 영역이다.

 - Stack Area : 호출된 메서드의 매개변수, 지역변수, 리턴 정보들이 저장된다.

 - PC Register : 현재 실행 중인 JVM 명령어의 주소를 가리키는 레지스터이다.

 - Native Method Stack : 자바 코드에서 네이티브 코드(기계어)를 호출할 때 사용된다.

 

클래스 로드 과정

 

 - 자바 바이트 코드(.class) 파일을 JVM의 메모리로 가져오는 과정은 아래와 같은 단계로 나뉘어서 진행된다.

 

1. 로딩(Loading) : 클래스 파일을 가져와서 JVM의 메모리에 로드한다.

2. 검증(Verifying) : 읽어 들인 클래스 파일이 자바 언어 명세(Java Language Specification) 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성이 되어있는지 검사한다.

3. 준비(Preparing) : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당한다.

4. 분석(Resolving) : 레퍼런스를 실제 메모리 주소로 변경한다.

5. 초기화(Initializing) : 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화한다.

 

실행 엔진

 - 실행 엔진은 Class Loader를 통해 Runtime Data Area에 배치된 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.

 - 이 수행 과정에서 실행 엔진은 바이트 코드를 기계가 실행할 수 있는 형태로 다음 두 가지 방식으로 변경한다.

 

1. 인터프리터 : 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 실행한다. 하나하나의 해석은 빠르지만 전체적인 실행 속도는 느리다는 단점을 가진다. JVM 안에서 바이트 코드는 기본적으로 인터프리터 방식으로 동작한다.

2. JIT 컴파일러(Just In Time Compiler) : 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로 바이트 코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경하고 이후에는 해당 메서드를 더 이상 인터프리팅 하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식이다. 하나씩 인터프리팅하여 실행하는 것이 아니라 바이트 코드 전체가 컴파일된 네이티브 코드를 실행하는 것이기 때문에 전체적인 실행 속도는 인터프리팅 방식보다 빠르다.

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출처

ㆍ https://steady-snail.tistory.com/67