java
*객체지향 언어(객체지향 언어의 중심에는 Class가 존재)
-> Java는 클래스 없이 개발 불가능. 개발의 시작과 끝 모두 클래스에서 시작하고 클래스에서 끝난다.
장점 : 단 하나의 소스 파일로 모든 기종의 컴퓨터에서 실행가능.
JDK vs JRE
jdk(java development kit)
- java 어플리케이션 개발을 위해 반드시 필요. 사람이 작성한 소스 코드를 번역해 컴퓨터가 이해할 수 있는 바이트 코드로 변환하는 도구인 Java 컴파일러 포함.
- OpenJDK + 제조사의 부가 기능으로 구성
- jdk에는 JRE가 포함되어있다.
JRE(java runtime enviroment), JVM(java virtual machine)
- Java로 컴파일 된 어플리케이션을 실행하는 역할. 모든 어플리케이션은 JVM이라는 가상의 컴퓨터 공간에서 실행.
main 함수 작성
java로 작성된 프로그램을 실행하는 첫 관문 -> main 함수로의 진입
JDK: Java Development Kit / 자바 개발 도구
JRE: Java Runtime Environment / 자바 실행 환경
JVM: Java Virtual Machine / 자바 가상 기계
Java의 호환성
*Java는 Write Once Use Anywhere의 목적
-> 소스파일을 하나만 작성하면 어디에서든지 사용 가능
(반면, C언어는 하나의 소스파일로 각 기계에 맞는 목적파일로 만들어 어디든 사용)
=> 하나의 목적파일로 어디든 실행 가능 vs 다수의 목적 파일을 만들어 각 기계에 맞게 사용
*** 우리는 Java를 사용하여 기계의 기종별 즉, 운영체제에 구애받지 않고 개발!
Java의 목적파일 -> 반기계어인 바이트코드(.class) => 운영체제가 아니라 JVM에서 사용
자바 컴파일러(javac) -> 소스코드를 바이트 코드로 컴파일
자바의 실행과정
1. 개발자는 자바 소스파일(.java) 작성
2. JDK가 제공하는 javac를 사용해 소스파일 컴파일
3. JVM의 Class Loader: 컴파일로 생성된 바이트 코드(.class)를 전달 받아 동적 로딩을 통해 실행에 필요한 클래스들 로딩하여 JVM 내부 Runtime Data Area에 로드
4. JVM의 Execution에 의해 기계어로 해석되어 실행
Class Loader
- 프로그램 상의 작성한 모든 클래스, 변수 및 메서드의 정보를 Method Area에 배치
- JVM 내부에 바이트 코드를 로드, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈
- 실행될 때 동적으로 클래스 로드, jar 파일 내부에 저장되어 있는 클래스들을 JVM에 로드
- static(정적) 변수와 메서드는 Heap Area에 배치
Execution(실행 엔진)
- Interpreter : 바이트 코드를 한줄 씩 읽고 번역해주는데 느리다는 단점
-> 보안하기 위해 나온것 : JIT 컴파일러. - JIT 컴파일러 : Interpreter방식으로 실행을 하다, 적당한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 캐싱
- 캐싱 즉, 컴파일된 코드를 저장해 두기 때문에 이 코드들은 Interpreter를 통해 실행되는 것이 아니라 바로 실행. -> 실행속도 매우 빨라짐.
- Garbage Collector: 유효하지 않은 즉, 사용되지 않는 메모리를 추적하여 비워주는 기능
Compile 언어와 Interpreter 언어
Compile 언어
- 소스파일 전체를 컴파일 한 후 기계어를 CPU와 메모리를 통해 읽어 바로 실행하는 방식으로 동작
- 종류: C, C++, Java, C#
- 특징
* 소스파일의 크기가 크면 컴파일 과정이 오래걸린다.- 컴파일 된 후에 기계어로 바로 실행 -> 실행 속도가 빠르다.
- java는 javac에 의해 바이트코드로 실행되지만 JVM에서는 인터프리터로 실행.
=> Compile 언어지만, Interpreter 언어의 특징을 동시에 가짐
Interpreter 언어
- 소스파일을 컴파일 하지 않고서 Interpreter를 사용하여 소스파일을 한줄 씩 번역하면서 실행하는 방식으로 동작
* Interpreter: 소스 코드를 바로 번역해 실행하는 프로그램 or 환경 - 종류: Javascript, Ruby, Python
- 특징
* 컴파일 언어처럼 별도의 목적파일 존재 x- 컴파일 과정 없이 바로 실행. 수정 및 디버깅시 편함
- Interpreter만 존재하면 어디서든지 실행 가능, 자유롭고 독립적
- 실시간으로 번역 되면서 실행되기 때문에 실행 속도 느림.
JVM
전처리 과정 이해
-> JRE는 Java의 실행환경. JRE는 프로그램을 실행하기 전에 먼저 프로그램에 메인 메서드를 포함하고 있는지 확인하고 존재한다면 JVM 부팅.
부팅된 JVM은 전달받은 코드를 실행시키는데 이때 가장 먼저 하는 일이 전처리과정
전처리 과정
1. 모든 Java 프로그램은 반드시 java.lang 패키지 포함. JRE는 해당 패키지를 Method Area에 배치
2. 프로그램이 사용하기위해 import한 패키지들도 존재. 마찬가지로 Method Area에 배치
3. 프로그램 상의 작성한 모든 클래스, 변수 및 메서드의 정보를 Method Area에 배치
4. static(정적) 변수와 메서드는 Heap Area에 배치
Runtime Data Areas
컴퓨터에서 메모리 같은 역할을 수행하는 영역. 자바 프로그램을 실행하여 발생하는 데이터를 저장하는 역할, 데이터의 속성에 따라 영역이 분리되어 있다.
PC Register
- 스레드가 시작될 때마다 생성되는 공간, 스레드마다 하나씩 존재
- 스레드가 어떤 명령에 의해 실행되어야 할지에 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행을 하고있는 JVM의 명령 주소를 갖음
Native Method Stack
- 자바 프로그램이 컴파일 되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역
- 자바 이외의 언어로 작성된 코드를 실행할 때, Native Method Stack이 할당되며, 일반적인 C스택을 사용
- Java Native Interface를 통해 바이트 코드로 전환하여 저장
- 일반 프로그램처럼 커널이 스택을 잡아 독자적으로 프로그램을 실행
Method Area(Metaspace, Static Area, Class Area)
- 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화 되는 대상을 저장하기 위한 공간
- 클래스의 타입, 변수 및 메서드 등의 정보를 가지고 있으며 모든 Thread가 공유
- Runtime Constant Pool - 상수 자료형을 저장하여 참조하고 중복을 막는 역할 수행
Heap Area
- 객체(인스턴스)가 생성되는 영역. 프로그램을 실행하는 중 생성되는 객체들은 모두 이곳에 생성
- Permanent Generation
* 생성된 객체들의 정보의 주소값이 저장된 공간- 클래스 로더에 의해 로드되는 Class, Method 등에 대한 Meta 정보가 저장되는 영역, JVM에 의해 사용
- Reflection을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용
- Java 8 이전에는 Permanent Generation 이 Heap 내부에 존재, 8 이후 제거되고 Method Area 즉, Metaspace라 불리우며 Heap이 아닌 Native 메모리 영역에 저장
이전에 제한된 메모리 크기 때문에 발생했던 한계점을 극복하기 위해 변경
- New/Young Generation
* Eden: 객체들이 최초로 생성되는 공간- Survivor 0, 1: Eden에서 참조되는 객체들이 저장되는 공간
- 생명 주기가 짧은 객체를 Garbage Collector에 의해 Eden 영역에 있는 값들을 Survivor1 영역에 복사하고 이 영역을 제외한 나머지 객체들을 삭제
- Tenured Generation
* Old: 이곳의 객체들은 Garbage Collector에 의해 삭제- New/Young Generation 에서 일정시간 참조되고 있고 살아남은 객체들이 저장되는 공간
- 생명 주기가 긴 객체를 Garbage Collector 의 대상으로 하는 영역
Stack Area
- 프로그램 실행 과정에서 임시로 할당이 되었다가 메서드를 빠져나가면 바로 소멸이 되는 특성의 데이터들을 저장하기 위한 영역
- 실행되는 메서드 및 중괄호 블록(if문등)에 대한 데이터가 저장되는 영역
- 가장 처음 실행되는 메서드(main())가 첫 번째로 메모리에 올라가고 그 다음에 실행되는 메서드들이 위에 쌓이는 구조
- 쌓이는 메서드의 단위를 스택 프레임이라고 부름
해당 메서드를 실행하기 위한 변수 및 블록이 존재하면 스택 프레임 내부에 스택 프레임이 생길 수 있음. - 가장 큰 특징은 멀티 스레드 환경에서 각 스레드가 고유의 스택 영역을 가짐
Process란?
실행중인 프로그램
사용자가 작성한 프로그램이 운영체제에 의해 메모리 공간을 할당받아 실행 중인 것을 의미
프로세스는 프로그램에서 사용되는 메모리등의 자원과 스레드로 구성
스레드(thread)란?
프로세스 내부에서 실제로 작업을 수행하고 있는 주체
* 2개 이상의 스레드를 가지고 있는 프로세스는 멀티 프로세스(multi-threaded process)라고 부름
Reflection?
객체를 통해 클래스의 정보를 분석해 내는 프로그래밍 기법
* 구체적인 클래스 타입을 알지 못해도, 컴파일된 바이트 코드를 통해 역으로 클래스의 정보를 알아내어 사용할 수 있다.
