목표

자바 소스 파일(.java)을 JVM으로 실행하는 과정 이해하기

자바 파일 실행과정

컴파일이란?

• Compile time에 소스 코드를 bytecode로 바꾸는 것

• 자바 컴파일러(javac.exe) 사용
  $ javac <file name>.java

javac options

• -classpath <path> 컴파일 시 참조할 클래스들의 경로를 지정
• -d <directory> 컴파일 후 생성된 .class 파일의 저장경로를 지정
• -deprecation 소스 코드에서 @deprecated인 멤버나 클래스를 사용한 위치를 표시
• -encoding <encoding name> 소스 파일의 encoding을 지정
• -g 디버깅 테이블 생성

• -nowarn 경고 출력 X

참고 영어 / 한국어

What happens in compile?

• 2. JAVA의 컴파일 하는법 참고

바이트코드란?

• JVM이 이해할 수 있는 명령어
• CPU처럼 하드웨어 프로세서가 이해할 수 있는 언어는 아니기 때문에 기계어는 아님!
• OP code가 1바이트라서 바이트코드라고 불린다.

JVM이란?

Java Virtual Machine

• 바이트코드를 자바 프로그램으로 실행할 수 있도록 runtime 환경을 제공해주는 프로그램
• 가상머신만 설치되어 있으면 바이트코드를 자바 프로그램으로 실행할 수 있으므로 “write once, run anywhere” (WORA) 라고 불린다.
  ∴ 플랫폼에 독립적이라는 자바의 장점이 JVM에서 비롯됨 (but, JVM은 플랫폼에 종속적)

JVM 구성 요소

출처 https://medium.com/swlh/internals-of-compiler-and-jvm-f4d4dfd7092b

1. 클래스 로더 시스템
   클래스 파일을 Loading, Linking, Initialization 단계를 거쳐 메모리 영역으로 로드한다.

2. 메모리 ⇒ The Runtime Data Area
   
   • Method 클래스 레벨의 데이터와 static 변수들을 저장, 공유 공간
   • Heap 객체(인스턴스)를 저장, 공유 공간
   • Stack thread마다 생성됨, frame을 저장
   • PC Registers 현재 실행 중인 명령의 주소를 저장, thread마다 분리된 PC register를 가지고 있다.
   • Native Method Stack 네이티브 메소드 정보를 저장, thread마다 분리된 네이티브 메소드 스택을 가지고 있다.
3. 실행 엔진
   • Interpreter 바이트코드를 line by line으로 실행, 같은 메소드를 호출하더라도 새롭게 interpret
   • JIT Compiler Just-in-Time Compiler
     반복 호출되는 바이트코드를 이미 컴파일된 네이티브 코드로 변환 ⇒ interpreter 효율 ↑
   • Garbase Collector 참조되지 않는 객체를 모으고 제거

4. 네이티브 메소드 인터페이스(JNI)
   실행 시 필요한 네이티브 라이브러리들을 네이티브 메소드 라이브러리에서 가져옴

5. 네이티브 메소드 라이브러리
   실행 시 필요한 자바가 아닌 라이브러리(C/C++)

JIT 컴파일러 동작 방식

출처 https://en.wikibooks.org/wiki/Java_Programming/The_Java_Platform

• 클라이언트 컴파일러(C1) 빠르게 실행되지만 덜 최적화된 코드
• 서버 컴파일러(C2) 실행에 약간의 시간이 들지만 최적화된 코드
• 계층형 컴파일 현재는 위 두 JIT 컴파일러를 모두 사용
  ⇒ 처음에는 C1으로 컴파일했다가 호출 빈도가 증가하면 C2로 재컴파일

참고 https://www.baeldung.com/graal-java-jit-compiler

JDK와 JRE의 차이

• JDK Java Development Kit
  JRE에 개발 툴(Java compiler, 디버거 등)이 포함된 패키지
  
• JRE Java Runtime Environment
  자바 프로그램을 실행하는 환경 (개발할 수 있는 환경 X)

실행하는 방법

• 자바 명령어 사용
  $ java <class file name>

컴파일 버전과 실행 버전

• 컴파일(javac) 버전이 실행(java) 버전보다 낮으면 괜찮지만, 높으면 아래와 같은 에러가 발생