자바는 객체 지향 언어로 개발된 프로그래밍 언어다. 자바는 자바 가상 머신을 사용하여, 운영체제와는 독립적으로 동작할 수 있다. 따라서 자바는 어느 운영체제에서나 같은 형태로 실행될 수 있다. 자바 언어의 장점으로는 자동 메모리 관리를 지원하여 다른 언어에 비해 안정성이 높다는 점이 있다.
JVM이란?
JVM(Java Virtual Machine)은 자바를 실행하기 위한 가상 기계(컴퓨터)라고 할 수 있다. JVM을 사용함으로써 OS에 종속받지 않고 CPU가 자바를 인식하고 실행할 수 있다.
자바 소스코드(.java)는 CPU가 인식하지 못하기 때문에 기계어로 컴파일을 해야 한다. 하지만 자바는 JVM이라는 가상머신을 거쳐 OS에 도달하기 때문에 OS가 인식할 수 있는 기계어로 바로 컴파일 되는 것이 아니라 JVM이 인식할 수 있는 java bytecode(.class)로 변환된다. 즉, 자바 컴파일러가 .java 파일을 .class 라는 java bytecode로 변환한다.
변환된 bytecode는 기계어가 아니기 때문에 바로 OS에서 실행되지 않는다. JVM이 OS가 bytecode를 이해할 수 있도록 해석해준다. 따라서 bytecode는 JVM 위에서 OS 상관없이 실행될 수 있다.
기계어는 컴퓨터가 인식할 수 있는 0과 1로 이루어진 바이너리 코드이다.
bytecode(바이트코드)는 JVM이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스코드를 의미한다. bytecode는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것이다. 인터프리터나 JIT 컴파일러를 사용해 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다.
컴파일하기
자바 컴파일러는 JDK를 설치하면 bin 폴더 안에 javac.exe 라는 실행 파일 형태로 존재한다. javac 명령어를 통해 .java 파일을 .class 로 컴파일 할 수 있다.
1) java 파일이 있는 경로로 이동한다.
2) javac [파일명].java 명령어로 .class 파일을 생성할 수 있다.
실행하기
JDK 디렉토리의 bin 폴더 안에 JVM을 구동시키기 위한 명령 프로그램인 java.exe 가 존재한다. java 명령어로 JVM을 실행시킬 수 있다.
1) .class 파일이 있는 경로로 이동한다.
2) java [.class 파일 이름] 을 입력해 java 코드를 실행시킨다.
JVM 구성 요소
JVM은 다음과 같이 구성되어 있다.
- 클래스 로더
- 실행 엔진
- 인터프리터
- JIT 컴파일러
- 가비지 컬렉터
- 런타임 데이터 영역
클래스 로더
자바는 런타임에 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크하는 특징이 있다. 이 동적 로드를 담당하는 부분이 JVM의 클래스 로더이다.
실행 엔진
클래스를 실행시키는 역할로, 클래스 로더에 의해 메모리에 적재된 bytecode를 실제로 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경해 명령어 단위로 실핸하는 역할을 한다.
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인터프리터
실행 엔진은 bytecode를 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 따라서 속도가 느리다는 단점이 있다. -
JIT 컴파일러 (Just-In-Time)
인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 bytecode 전체를 컴파일하여 기계어로 변경한 후, 더이상 인터프리팅하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식이다. -
가바지 컬렉터
더이상 사용되지 않는 인스턴스를 찾아 메모리에서 삭제한다.
런타임 데이터 영역
JVM의 메모리 영역으로, 프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간이다. PC 레지스터, JVM 스택, 힙 메소드 영역, 런타임 상수 풀, 네이티브 메소드 스택으로 구분되어 있다. 자세히
//런타임 데이터 영역과 가비지 컬렉터에 대해 이후에 자세히 다뤄보겠다.
JRE와 JDK의 차이
JRE(Java Runtime Environment) : JVM + 라이브러리
- JVM과 자바 클래스 라이브러리 및 자바 런타임 환경에서 사용하는 프로퍼티 세팅이나 리소스 파일을 가지고 있다.
- 컴파일 된 자바 프로그램을 실행하는데 필요한 패키지다.
JDK(Java Development Kit) : JRE + 개발 툴
- 자바를 사용하기 위해 필요한 모든 기능을 갖춘 Java용 SDK(Software Development Kit)이다.
- 오라클은 자바 11부터는 JDK만 제공하며 JRE를 따로 제공하지 않는다. (Jlink가 추가되어 JDK는 JRE를 포함하고 있다.)
- JDK는 프로그램을 생성, 실행, 컴파일할 수 있다.
Reference
