자바스터디 1일차

오늘 정리할 내용
1. JVM이란 무엇인가
2. 컴파일 하는 방법
3. 실행하는 방법
4. 바이트코드란 무엇인가
5. JIT 컴파일러란 무엇이며 어떻게 동작하는지
6. JVM 구성 요소
7. JDK와 JRE의 차이

JVM이란

먼저 용어 설명을 하자면 JVM 이란 Java Virtual Macine의 약자로 보통의 컴파일 언어 (예를들어 C언어) 는 작성된 코드가 기계어로 컴파일 되어 OS에서 실행되는 방식으로 실행되지만 Java의 경우에는 작성된 코드를 컴파일 시 바로 기계어로 변환되는 것이 아닌 바이트코드(.class)로 변환이 된다.

이렇게 작성된 바이트코드는 OS에서 직접 읽을수 없고 바로 이 JVM 을 통해 바이트코드를 기계어로 번역해 실행하게 된다.

즉 C언어의 경우에는 각각 OS에 맞게 코드를 작성해야 하지만 Java의 경우에는 OS에 JVM만 설정이 되어있다면 동일한 코드를 어떤 OS에서도 실행이 가능하게 해준다.

뿐만 아니라 JVM은 메모리를 직접 관리해야하는 C언어와는 달리 Garbage Collection(gc)를 이용하여 메모리를 관리해주는 역할도 해준다.

컴파일 하는 방법

그렇다면 Java는 어떻게 컴파일되어 작성된 코드가 실행되는지 알아보자.

자바는 JVM 을 이용한다고 앞서 말했다. 우리가 자바를 처음 시작할 때 JDK 설치와 환경변수를 설정해 주는 것이 자바 실행을 위한 JVM을 설정해 주는 과정이라 생각하면 된다.

먼저 우리가 코드를 작성하게 되면 해당 코드는 .java파일로 작성된다.
작성한 .java 코드를 컴파일하게 되면 JVM이 이해할 수 있는 바이트 코드(.class) 로 변환된다.

실행하는 방법.

변환된 바이트코드는 런타임시 JVM을 통해 기계어로 변환되어 실제 프로그램을 실행하게 된다. 이때 Class Loader를 이용하여 메모리에 .class파일을 적재한다.

바이트코드란 무엇인가.

이젠 바이트코드에 대해 자세하게 알아보자.

백과에 따르면
자바 바이트코드(Java bytecode)는 자바 가상 머신이 실행하는 명령어의 형태이다. 각각의 바이트코드는 1바이트로 구성되지만 몇 개의 파라미터가 사용되는 경우가 있어 총 몇 바이트로 구성되는 경우가 있다.
라고 적혀있다.

바이트 코드라 불리는 이유는 자바 컴파일러(javac)를 통해 자바를 컴파일 하게 되면 코드의 명령어 크기가 1바이트라서 바이트 코드라고 불린다고 한다. 이렇게 컴파일된 자바 바이트코드는 .class확장자로 생성이 된다. 이는 위에서 설명 했듯이 OS에 상관없이 JVM만 깔려있는 OS라면 해당 바이트코드를 어떤 환경에서도 동일하게 실행할 수 있게 된다.

JIT 컴파일러란 무엇이며 어떻게 동작하는가

JIT(Just-in-Time) 컴파일러란 변환된 바이트코드를 CPU로 직접 보낼 수 있는 명령어(기계어)로 바꾸어주는 과정이다. 코드 런타임 과정에서 .class코드를 받아 Native code로 변환하는 과정을 말한다.

JIT 컴파일러는 뒤에 알아볼 JRE 안에 존재한다.
그러면 JIT 컴파일러를 쓰는 이유는 무었일까?

JIT 컴파일러는 기계어로 번역할 때 코드를 매번 해석하지 않고 실행할 때 컴파일을 하면서 해당 코드를 캐싱하게 된다. 이후엔, 바뀐 부분만 컴파일 하고 나머지 캐싱된 코드를 사용함으로써 기계어로 변역되는 속도를 줄여주는 역할을 하게된다.

출처- https://bloofer.tistory.com/21

JVM 구성요소

그렇다면 이젠 JVM 의 전체 구성요소를 알아보자.

출처- https://medium.com/webeveloper/jvm-java-virtual-machine-architecture-94b914e93d86

1. Class Loader
   클래스 로더는 이름 그대로 클래스를 적재하는 역할을 한다. 적재하는 순서로는 로딩, 링크, 초기화 순서로 진행된다.

1) 로딩: 클래스로더가 .class 파일을 읽고 내용에 따른 바이너리 데이터를 만든다. 만들어진 데이터는 메서드영역에 저장되며 로딩이 끝난후 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 힙 영역에 저장하게 된다.

1-1) 메서드 영역에 저장되는 데이터들은 FQCN(Full Qualified Class Name), 클래스, 인터페이스, Enum, 메서드, 변수 가 있다.

2) 링크: Verify, Prepare, Resolve 세 단계로 나누어져 있으며 verify 과정에서는 .class 파일 형식이 유효한지 체크한다. prepare과정은 클래스 변수와 기본값에 필요한 메모리를 교체하고, Resolve는 심볼릭 메모리 래퍼런스를 메서드 영역에 있는 실제 레퍼런스와 교체한다.

3) 초기화: 초기화 과정에서 static 변수의 값을 할당하게 된다.

JDK와 JRE의 차이

• JRE : Java Runtime Environment의 약자

• JRE는 JVM 이 자바 프로그램을 동작시킬때 필요한 라이브러리 파일들과 기타 파일들을 갖고 있다. JRE는 JVM의 실행환경을 구성해 준다.

• JDK : Java Development Kit의 약자

• JDK는 JRE + 개발을 위한 도구(javac, java등)들을 포함한다.

정확히는 Java 개발자 들이 Java 언어로 작성된 소스를 컴파일하고 관리하는 도구가 JDK 이다. 이 JDK 안에는 JRE도 포함되어 있다. 컴파일 결과를 확인하기 위해 JRE가 필요하기 때문이다.

하지만 단순히 Java 프로그램을 실행하는 사용자라면 OS에 JRE만 설치함으로써 Java 프로그램을 실행할 수 있다.