1주차: JVM은 무엇이며 자바 코드는 어떻게 실행하는 것인가.

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자바의 정석을 정독하려는데 뭔가 손이 안가서 백기선님 스터디 방식을 따라가보고자 한다. 1주일에 한번씩이라 큰 부담없이 공부해볼 수 있을 것 같당!😶 자바의 정석에서 짚고 넘어가야겠다 싶으면 내용을 추가하면서 공부할 예정이댜 !

https://github.com/whiteship/live-study

GitHub - whiteship/live-study: 온라인 스터디

자바 언어의 특징

1. 운영체제에 독립적

    자바 응용프로그램은 운영체제나 하드웨어가 아닌 JVM하고만 통신하므로 한 번 작성하면 어디서나 실행된다.

2. 객체지향 언어

    상속, 캡슐화, 다형성이 잘 적용된 언어.

3. 자동 메모리 관리

    Garbage Collection이 자동으로 메모리를 관리해준다.

4. 네트워크와 분산 처리 지원

    다양한 네트워크 프로그래밍 라이브러리 제공

5. 멀티스레드 지원

    시스템과 관계없이 멀티스레드 프로그램 구현 가능, 여러 스레드에 대한 스케줄링을 자바 인터프리터가 담당

6. 동적 로딩 지원

    실행 시 모든 클래스가 로딩되는 대신에, 필요한 시점에 클래스를 로딩해 사용, 일부 클래스가 변경되어도 컴파일을 다시 하지 않아도 됨

JVM이란 무엇인가

Java Virtual Machine

- JVM이 OS에서 실행되면, Java 애플리케이션은 JVM하고만 상호작용 -> OS에 종속되지 않음

- 자바로 작성한 애플리케이션을 해당 운영체제가 이해할 수 있도록 변환하여 전달한다.

- 대신, JVM은 OS에 종속적이다.

컴파일 하는 방법

1. 개발자가 자바 소스코드(.java)를 작성한다.

2. 자바 컴파일러(Java Compiler)가 자바 소스파일을 컴파일하여 자바 바이트 코드 생성

3. 컴파일된 바이트 코드를 JVM의 클래스로더(Class Loader)에게 전달

4. 클래스 로더는 동적로딩(Dynamic Loading)을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 런타임 데이터 영역(Runtime Data area), 즉 JVM의 메모리에 올린다.

클래스 로더 세부 동작
a. 로드 : 클래스 파일을 가져와서 JVM의 메모리에 로드한다.
b. 검증 : 자바 언어 명세(Java Language Specification) 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어 있는지 검사한다.
c. 준비 : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당(필드, 메서드, 인터페이스 등등)
d. 분석 : 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경한다.
e. 초기화 : 클래스 변수들은 적절한 값으로 초기화한다.(static 필드)

5. 실행엔진(Execution Engine)이 JVM 메모리에 올라온 바이트 코드들을 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행

 

실행하는 방법

- JDK 설치

- 설치된 디렉토리의 bin 디렉토리를 path에 추가

- 자바 컴파일러를 사용해 소스코드로부터 클래스 파일을 생성

- 자바 인터프리터로 클래스 파일 실행

바이트코드란 무엇인가

JVM이 이해할 수 있는 기계어

바이트 코드의 각 명령어는 1바이트 크기의 Opcode와 추가 피연산자로 이루어져 있다.

JIT 컴파일러란 무엇이며 어떻게 동작하는지

- 바이트코드(컴파일된 자바 코드)를 하드웨어의 기계어로 바로 변환해줌

- 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경하고, 이후에는 해당 메서드를 더 이상 인터프리팅하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식으로 동작함

- 하나씩 인터프리팅하여 실행하는 것이 아니라 바이트 코드 전체가 컴파일된 바이너리 코드를 실행하는 것이기 때문에 전체적인 실행속도는 인터프리팅 방식보다 빠르다.

JVM 구성 요소

1. 자바 인터프리터(interpreter)

    자바 컴파일러에 의해 변환된 자바 바이트 코드를 읽고 해석함

2. 클래스 로더(class loader)

    프로그램이 실행 중인 런타임에서 모든 코드가 JVM과 연결될 때, 동적으로 클래스를 로딩함

3. JIT 컴파일러(Just-In-Time compiler)

    자바 컴파일러가 생성한 자바 바이트 코드를 런타임에 바로 기계어로 변환

4. 가비지 컬렉터(garbage collector)

    더이상 사용하지 않는 메모리 해제

JDK와 JRE의 차이

JDK

- Java Development Kit

- JVM과 자바클래스 라이브러리 외 자바 개발에 필요한 프로그램들 설치

- JRE + 개발에 필요한 실행파일 (javac.exe, java.exe, javap.exe 등)

JRE

- Java Runtime Environment

- 자바로 작성된 응용프로그램이 실행되기 위한 최소 환경

- JVM + 클래스라이브러리(Java API)

 

출처

자바의 정석 3판

http://www.tcpschool.com/java/java_intro_programming

https://catch-me-java.tistory.com/11

https://github.com/gyoogle/tech-interview-for-developer/blob/master/Language/%5Bjava%5D%20%EC%9E%90%EB%B0%94%20%EC%BB%B4%ED%8C%8C%EC%9D%BC%20%EA%B3%BC%EC%A0%95.md