Java의 동작원리

최태양 (choittttt)·2023년 11월 24일

Java

Java 배우기

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출처 : 생활코딩, 이정록

Java 동작의 전체 적인 흐름

computer 위에 Java Virtual Machine이 다운로드됨
우리가 하고자하는 일을 담은 Java Source code (.java) 이것은 사람이 이해하기 쉬운 언어이므로 컴퓨터가 이것을 이해하려면 Compile이라는 과정을 거쳐야함
Compile 과정이 거치면 Java Apllication (.class)가 생성되게 됨
이후 Run을 통해 실행이되면 JVM이 파일을 읽어서 동작하게 됨

생활코딩님 강의에는 간단히 이 정도로만 설명이 됐었다. 나는 좀 더 구체적인 부분을 조사하게 됐다.

우리가 작성한 Java Source code는 .java의 형태로 저장이 되는데 컴파일 과정을 거치게 되면 .class 파일인 Byte code로 만들어지게 된다.

Byte code로 변환하는 이유?

1. 플랫폼 독립성

Java는 "Write Once, Run Anywhere"라는 철학을 가지고 있습니다. 즉, 한 번 작성된 Java 소스 코드는 어떤 운영체제나 하드웨어에서도 동작할 수 있어야 합니다.

Java 소스 코드는 자바 가상 머신 (JVM)이 이해할 수 있는 중간 형태인 Byte code로 컴파일 하여 JVM은 이 바이트 코드를 해당 플랫폼에서 실행하므로, Java 프로그램은 운영체제에 독립적으로 실행될 수 있습니다.

2. 효율성 및 성능 최적화

JVM의 해석을 거치기 때문에 C언어와 같은 네이티브 언어에 비해 속도가 느렸지만 JIT(Just In Time)컴파일러를 구현해 이 점을 극복했다. Byte code는 JVM 위에서 OS에 상관없이 실행된다. 이런 점이 Java의 가장 큰 장점이라고 할 수 있다. OS에 종속적이지 않고 Java 파일 하나만 만들면 어느 디바이스든 JVM 위에서 실행할 수 있다.

이 변경된 Class(Byte code) 파일들을 Class Loader를 통해 JVM 메모리영역(Runtime Data Areas) 영역으로 로딩한다.

JVM(Java Virtual Machine)

JVM에 대해서 알아보자. JVM은 크게 4가지 다이어그램으로 나타낼 수 있다.

클래스 로더(Class Loader)
런타임 데이터 영역(Runtime Data Area)
실행 엔진(Execution Engine)
가비지 컬렉터(Garbage Collector)

하나씩 알아보도록 하자!

Class Loader

로딩(Loading)
- 자바 바이크 코드(.class)를 메소드 영역에 저장한다.
- 각 자바 바이트 코드(.class)는 JVM에 의해 메소드 영역에 다음 정보들을 저장한다.
  - 로드된 클래스를 비롯한 그의 부모 클래스의 정보
  - 클래스 파일과 Class, Interface, Enum의 관련 여부
  - 변수나 메소드의 정보
링크(Linking)
- 검증(verify) : 읽어 들인 클래스가 자바 언어 명세 및 JVM 명세에 명시된 대로 잘 구성되어 있는지 검사한다.
- 준비(perpare) : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당하고, 클래스에서 정의된 필드, 메소드, 인터페이스를 나타내는 데이터 구조를 준비하다.
- 분석(resolve) : 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체한다.
초기화(Initialization)
- 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화 한다. 즉 static 필드들이 설정된 값으로 초기화한다.