Java

https://asfirstalways.tistory.com/158

네트워크상에서 쓸 수 있는 객체지향 프로그래밍 언어

• JVM만 설치하면 컴퓨터의 운영체제에 상관없이 작동(운영체제에 독립적)
• 기본 자료형을 제외한 모든 요소를 객체로 표현
• 캡슐화, 상속, 다형성
• GC를 통한 메모리 관리
• 멀티쓰레드 지원

객체지향 프로그래밍(OOP)

Object-Oriented Programming

• 데이터를 객체로 취급하여 프로그램에 반영
• 객체와 객체의 상호작용을 통해 프로그램이 동작하는 것을 말함

객체지향 프로그래밍 특징

• 코드 재사용성이 높음
• 코드의 변경이 용이
• 직관적인 코드 분석
• 개발속도 향상
• 상속을 통한 장점 극대화

JVM(Java Virtual Machine)

물리적 머신과 유사한 머신을 소프트웨어로 구현한 것

• 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어들여 자바 API와 함께 실행하는 것
• JAVA와 OS사이에서 중개자 역할 수행 -> JAVA가 OS가 구애받지 않고 재사용을 가능하게 해줌
• 메모리관리, GC 수행
• 스택기반의 가상 머신

실행과정

1. 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 프로그램이 필요로하는 메모리 할당
   • JVM은 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리

2. 자파 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어들여 자바 바이트코드(.class)로 변환

3. Class Loader를 통해 class 파일들을 JVM으로 로딩
4. 로딩된 class 파일들은 Execution Engine을 통해 해석
5. 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas에 배치되어 실질적인 수행이 이루어짐
   • JVM은 필요에 따라 Thread Synchronization과 같은 GC 관리 작업 수행

• Class Loader

  JVM내 클래스(.class파일)을 로드하고 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈

  Runtime시 동적으로 클래스 로드

  jar파일 내 저장된 클래스들을 JVM위에 탑재하고 사용하지 않는 클래스들은 메모리에서 삭제함

  런타임에 참조

  클래스를 처음 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크함

• Execution Engine

  클래스를 실행함

  클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트 코드 배치 -> 실행 엔진에 의해 실행

  자바 바이트 코드: 기계가 수행할 수 있는 언어보다 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것

  바이트코드를 실제로 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경

  인터프리터

  • 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행
  • 한 줄 씩 수행함 -> 느림

  JIT(Just - In - Time)

  • 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일 -> 네이티브 코드로 변경
  • 인터프리팅 X -> 네이티브 코드로 직접 실행
  • 네이티브코드: 캐시에 보관, 컴파일된 코드는 빠르게 새훙
  • 한 번만 실행되는 코드라면 컴파일대신 인터프리팅이 유리(JIT 컴파일러는 컴파일 과정이 인터프리터보다 오래 걸림)
  • JVM 내부적으로 해당 메서드가 얼마나 자주 수행되는지 체크, 일정 정도를 넘을 때만 컴파일 수행

Garbage Collector

GC를 수행하는 모듈 (쓰레드) 존재 (뒤에 자세히 후술)

Runtime Data Area

프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간

• PC Register

  Thread가 시작될 때 생성되며 생성될 때마다 생성되는 공간으로 스레드마다 하나씩 존재

  Thread가 어떤 명령으로 실행해야 할 지 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 가짐

• JVM 스택 영역

  프로그램 실행 과정 중 임시로 할당되었다가 메소드가 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장하는 영역

  각종 형태의 변수나 임시 데이터, 스레드나 메소드의 정보를 저장

  메소드 호출 시마다 각각의 스택 프레임이 생성 -> 수행이 끝나면 프레임별로 삭제 -> 메소드 안에서 사용되는 값들(local variable) 저장

  호출된 메소드의 매개변수, 지역변수, 리턴 값 및 연산 시 일어나는 값들을 임시로 저장

• Native Method stack

  자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역

  JAVA가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간

  JAVA Native Interface를 통해 바이트 코드로 전환하여 저장

  일반 프로그램처럼 커널이 스택을 잡아 독자적으로 프로그램을 실행시키는 영역

  C code를 실행시켜 Kernel에 접근

• Method Area (= Class area = Static area)

  클래스 데이터를 위한 공간

  클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간

  자바 프로그램은 main 메소드의 호출로부터 계속된 메소드의 호출로 흐름을 이어감

  대부분 인스턴스의 생성도 메소드 내에서 명령하고 호출

  Runtime Constant Pool 별도의 관리 영역도 함께 존재

###### 올라가는 정보의 종류

• Field information

  멤버변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자에 대한 정보

• Method Information

  메소드의 이름, 리턴 타입, 매개 변수, 접근제어자에 대한 정보

• Type Information

  class 인지 interface인지의 여부 저장 / Type의 속성, 전체 이름, super class의 전체 이름(interface, object 제외)

• Heap

  객체를 위한 공간

  new 연산자로 생성된 객체와 배열을 저장

  class area 영역에 올라온 클래스들만 객체로 생성

• Permanent Generation

  생성된 객체들의 정보의 주소값이 저장된 공간

  Class loader에 의해 load되는 Class, Method 등에 대한 meta 정보가 저장되는 영역, JVM에 의해 사용

  Reflection을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용

• New/Young 영역

  • Eden: 객체들이 최초로 생성되는 공간
  • Survivor 0 / 1: Eden에서 참조되는 객체들이 저장되는 공간

• Old 영역

  New area에서 일정 시간 참조되고 있는, 살아남은 객체들이 저장되는 공간 Eden 영역에 객체가 가득차게 되면 첫번째 GC 발생

  Eden 영역에 있는 값들을 Survivor 1 영역에 복사하고 이 영역을 제외한 나머지 영역의 객체 삭제

​ 인스턴스 소멸 방법과 소멸 시점이 지역 변수와 다름 -> 힙 영역에 별도로 저장

Collection

인터페이스를 기준으로 여러 구현체 존재

다수의 Data를 다루는 데 표준화된 클래스들을 제공 -> 데이터구조를 직접 구현하지 않고 편하게 사용할 수 있기 때문

객체를 보관하기 위한 공간을 미리 정하지 않음 -> 객체의 수를 동적으로 정함

• List
  • ArrayList
  • LinkedList
• Map
  • HashMap
  • LinkedHashMap: 순서 보장
• Set
  • HashSet
  • LinkedHashSet: 순서 보장
• Stack / Queue

GC