컴파일러 VS. 인터프리터

G-NOTE·2021년 10월 21일

Spring

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프로그램은 사람의 언어를 이해할 수 없다. 따라서 사람이 작성한 고급 언어를 기계가 이해할 수 있는 기계어로 해석하고 실행시키는 방법은 크게 compile 방식과 interpret 방식으로 나뉜다.

컴파일러(compiler)를 통해 프로그래밍 언어를 해석하는 방법
즉, 컴파일러는 소스 코드 전체를 바로 기계어로 변환한다.
런타임 이전에 프로그래밍 언어 전체를 한 번에 번역하고 '실행 파일'을 생성한다.
실행 파일이 있기 때문에 메모리를 사용한다.
따라서 번역 속도는 인터프리터보다 느리지만, 실행 파일이 있으므로 실행 속도는 인터프리터보다 빠르다.
코드 중 한 곳에 에러가 발생하면 전체가 실행되지 않는다.
런타임 이전에 실행 파일이 만들어지기 때문에 OS와 빌드 환경에 종속적이다. 그러므로 호환되는 환경을 구축해야 한다.
컴파일러의 실행 단계
- 구문 분석 : 소스 코드 파일을 읽어 개별 문법 요소(식별자, 연산자 등) 단위로 자른 후, 이 문법 요소들을 해석하여 AST(추상 구문 트리)를 만든다.
- 최적화 : 추상 구문 트리를 분석하여 최적화를 수행한다. 도달할 수 없는 코드 식별, 상수 표현식 계산, 루프 해석 등 대부분의 최적화가 이 단계에서 수행된다.
- 코드 생성 : 최적화된 구문 트리에서 실행 파일을 생성한다.

자바 가상 머신(JVM, Java Virtual Machine)

어떠한 운영체제 위에서도 자바 프로그램이 실행될 수 있도록 하는 가상 머신
컴파일 방식 : javac 컴파일러가 자바 코드(.java 파일)를 JVM이 이해할 수 있는 바이트 코드(.class 파일)로 변환한다.
구성 요소
- 인터프리터 : .clss 파일을 해당 OS 환경에 맞게 변환하여 운영체제에 종속적이지 않은 상태를 만들어준다.
- 클래스 로더 : 자바 .class 파일을 JVM으로 동적 로드하는 자바 런타임 환경(JRE)의 일부이다.
- 실행엔진 : 클래스 로더에 존재하는 .class를 실행시켜 JVM내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다.
- 가비지 컬렉터 : C나 C++과 달리 개발자가 직접 메모리 관리를 하지 않아도 더 이상 사용하지 않는 메모리 자동 해제
JIT 컴파일 (JIT(Just In Time) Compilation)
- 프로그램을 실제 실행하는 시점에 기계어로 번역하는 컴파일 기법
- 실행 시점에서 인터프리트 방식으로 기계어 코드를 생성하면서 그 코드를 캐싱하여, 같은 함수가 여러 번 불릴 때 매번 기계어 코드를 생성하는 것을 방지한다.
- 예) JVM, .NET, V8(node.js)
- 자바 컴파일러의 경우, 자바 프로그램 코드를 바이트 코드로 변환한 다음, 실제 바이트 코드를 실행하는 시점에서 자바 가상 머신이 바이트 코드를 JIT 컴파일을 통해 기계어로 번역한다.

Java

컴파일러와 인터프리터가 혼합된 형태
Java의 해석 과정
1. 자바 컴파일러가 .java 파일을 javac 명령어를 통해 .class 파일로 변환한다. (이때 .class 파일의 코드는 기계어가 아닌 JVM이 이해할 수 있는 바이트 코드이다.)
2. 자바 인터프리터가 .class 파일의 바이트 코드를 특정 환경의 기계가 이해할 수 있는 기계어로 변환한다. (이 때문에 특정 환경에 종속받지 않고 Java 코드를 실행할 수 있다.)
왜 자바는 컴파일러와 인터프리터가 혼합된 형태를 취했을까?
- 앞서 말한 자바의 실행 엔진은 두 가지 방식이 있다. Interpreter, JIT 두 개로 인해 자바는 컴파일러와 인터프리터가 혼합된 형태의 프로그래밍 언어가 된 것이다.
- 인터프리터는 OS 환경에 종속되지 않는다는 이점이 있다.
- 컴파일러로 생성된 자바 바이트 코드는 컴퓨터와 프로그램 사이에 별도의 버퍼 역할을 함으로써 보안 측면에서 안전한 환경을 제공해준다.
- 기존 인터프리터 언어였던 자바는 성능 이슈를 JIT compiler를 추가함으로써 해결했고 자바는 컴파일러와 인터프리터를 함께 사용하는 방식을 취하게 되었다.

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