1. Java 란?
👉 자바(Java)는 웹 애플리케이션 코딩에 널리 사용되는 객제 지향 프로그래밍 언어이다.
👉 자바 프로그램은 운영체제나 하드웨어에 의존하지 않는 바이트 코드(중간 언어)인 추상적인 코드로 구현된다.
👉 따라서, 자바 프로그램을 실행하기 위해서는 자바 가상 머신(JVM)과 개발에 필요한 표준 라이브러리 세트와 컴파일러의 환경만 맞추면 자바 프로그램은 모든 환경에서 동일하게 동작한다.
👉 이러한 실행환경과 개발환경을 제공하는 것이 자바 플랫폼이다.
2. Java의 장단점
📌 Java 장점
⭐️ 객체지향 프로그래밍 언어 (OOP)
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유지보수가 쉽고 직관적인 코드 분석이 가능하다.
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설계도인 클래스를 작성하여, 객체와 객체를 연결하여 목적에 맞는 프로그램을 완성한다.
⭐️ 분산 네트워크 기술 지원
- 자바에는 TCP/IP 라이브러리가 기본적으로 포함되어 있고, HTTP 프로토콜을 지원한다.
⭐️ 멀티쓰레드(Multi Thread) 지원
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동일한 쓰레드를 동시에 수행할 수 있다.
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사용자 인터페이스 쓰레드와 장시간 계산이 필요한 쓰레드가 동시에 필요할 때 효과적이다.
⭐️ 이식성이 높음
- 자바가상머신(JVM)에서 작동하기 때문에 운영체제(ex: Window, Linux)의 종류에 상관없이 작동한다.
⭐️ 자동 메모리 관리(Garbage Collector)
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객체 생성시 자동으로 메모리 영역을 찾아서 할당하고, 사용이 완료된 객체는 쓰레기 수집기(Garbage Collector)를 실행시켜 자동으로 메모리에서 체크하고 반환해준다.
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자바는 개발자가 직접 메모리에 접근할 수 없으며, 메모리는 자바가 직접 관리한다.
⭐️ 동적 로딩 지원
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프로그램 실행시 모든 클래스가 로딩되지 않고, 필요한 시점에 클래스를 로딩하여 사용할 수 있다.
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그러므로 애플리케이션의 변경사항도 비교적 적은 작업만으로 처리할 수 있다.
⭐️ 풍부한 오픈소스 라이브러리
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자바는 오픈소스(Open Source)언어이고 자바 프로그램에서 사용하는 라이브러리 또한 오픈소스 양이 방대하다.
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고급 기능을 구현하는 코드를 작성하는 대신 검증된 오픈소스 라이브러리를 사용하면 애플리케이션을 다시 컴파일 할 필요가 없다. 따라서 유지보수를 쉽고 빠르게 할 수 있다.
📌 Java 단점
⭐️ 속도가 느림
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자바는 실행을 위해 자바 가상 머신을 거쳐야 하므로, 다른 언어에 비해 실행 속도가 느려서 처리 속도가 중요한 애플리케이션에는 적합하지 않다.
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하지만 바이트코드(byte code)를 하드웨어의 기계어로 변환해주는 JIT컴파일러와 Hotspot(향상된 최적화 기술)과 같은 기술 적용으로 JVM 기능이 향상되어 속도문제가 개선되었다.
⭐️ 불편함 예외처리
- 자바는 예외 처리가 잘 되어 있지만, 개발자가 일일이 지정해 줘야 한다는 불편함도 있다. 그렇게 하지 않으면, 컴파일조차 거부된다.
⭐️ 하드웨어 정밀 조정 불가
- 하드웨어에 연결할 수 없기 때문에 직접 하드웨어를 정밀하게 조정해야 하는 프로그램 개발에는 적합하지 않다.
3. Java Code 실행 과정
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작성한 자바 소스(JAVA Source), 즉 확장자가 '.java'인 파일을 자바 컴파일러(JAVA Compiler)를 통해 자바 바이트코드(JAVA Byte Code), 즉 확장자가 '.class'인 파일로 컴파일 한다.
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컴파일된 바이트코드를 JVM의 클래스로더(Class Loader)로 전달한다.
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클래스로더는 동적 로딩(Dynamic Loading)을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 런타임 데이터 영역(Runtime Data area), 즉 JVM의 메모리에 올린다.
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실행 엔진(Execution Engine)은 JVM 메모리에 올라온 바이트 코드들을 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행한다.
4. JVM
📌 JVM 이란?
👉 JVM이란 JAVA Virtual Machine의 약자이다. JAVA는 하드웨어가 아닌 JVM이라는 가상머신을 통해 작동한다.
👉 이 JVM은 시스템 메모리를 관리하면서 자바 기반 애플리케이션을 위해 이식 가능한 실행 환경(자체 CPU, 메모리, 네트워크 인터페이스 및 스토리지 등...)을 제공한다.
📌 JVM 특징
⭐️ 중개자 역할
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JVM은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어들여 자바 API와 함께 실행한다.
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이 실행된 JVM은 JAVA와 OS 사이에서 중개자 역할을 수행하여 JAVA가 OS나 CPU에 구애받지 않고 재사용을 가능하게 해준다.
⭐️ 메모리 관리자
- JVM은 메모리를 관리하고 Garbage Collection실행을 통해 메모리를 최적화한다.
📌 JVM 구성요소
JVM은 크게 아래와 같이 이루어져 있다.
👉 클래스 로더 (Class Loader)
👉 실행 엔진 (Execution Engine)
- 인터프리터 (Interpreter)
- JIT 컴파일러 (Just-in-Time)
- 가비지 콜렉터 (Garbage collector)👉 런타임 데이터 영역 (Runtime Data Area)
⭐️ 클래스 로더
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JVM 내로 클래스 파일(*.class)을 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다.
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런 타임시 동적으로 클래스를 로드하고 jar 파일 내 저장된 클래스들을 JVM 위에 탑재한다.
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즉, 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크한다.
⭐️ 실행 엔진
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클래스를 실행시키는 역할이다.
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클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트 코드를 배치시키고, 이것은 실행 엔진에 의해 실행된다.
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자바 바이트 코드(*.class)는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것이다. 그래서 실행 엔진은 이와 같은 바이트 코드를 실제로 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다.
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인터프리터
실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 하지만 한 줄씩 수행하기 때문에 느리다는 단점이 있다. -
JIT 컴파일러(Just-In-Time)
인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후에는 해당 더 이상 인터프리팅 하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식이다. -
가비지 콜렉터
더이상 사용되지 않는 인스턴스를 찾아 메모리에서 삭제한다.
⭐️ 런타임 데이터 영역
👉 프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간이다.
👉 스레드 개별적인 공간과 전체 스레드가 공유하는 영역으로 나뉜다.
👉 이들 영역은 JVM이 자바 프로그램을 효율적으로 실행하고 관리하기 위해 필수적으로 필요하며, 각각의 역할과 특징이 명확히 구분되어 있다.
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PC: 현재 실행 중인 명령의 주소 저장 (개별적)
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JVM stack: 메소드 호출 시 스택 프레임 저장 (개별적)
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Native Method stack: 네이티브 코드 실행을 위한 스택 프레임 저장 (개별적)
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힙: 객체와 배열 저장 (전체 공유)
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메소드 영역: 클래스 메타데이터와 상수 풀 저장 (전체 공유)
마무리
👉 Java는 프로그래밍을 공부하기 시작하고 지금까지 꾸준히 사용해온 필자의 주요 프로그래밍 언어이다.
👉 필자가 가장 많이 사용하는 언어로서, Java의 장단점 및 동작 원리를 중심으로 정리하였다.
👉 다음 글로는 객체 지향 프로그래밍에 대해서 기술할 예정이다.
