Chapter 1 자바를 시작하기 전에

자바 언어의 특징

1. 운영체제에 독립적이다 (Platform Independent)
   • 자바는 JVM(자바 가상 머신) 위에서 동작합니다. 따라서 자바로 작성된 코드(.java)는 컴파일을 통해 자바 바이트코드(.class)가 되고, 이 바이트코드는 JVM이 설치된 어떤 운영체제(Windows, macOS, Linux 등)에서든 동일하게 실행될 수 있습니다. 이를 "한 번 작성하면, 어디서나 실행된다 (Write Once, Run Anywhere)"라고 합니다.
2. 객체지향 언어 (Object-Oriented Language)
   • 프로그램을 '객체(Object)'들의 집합으로 보고, 객체들 간의 상호작용으로 로직을 구성하는 방식입니다. 코드의 재사용성이 높고, 유지보수가 용이하다는 장점이 있습니다.
3. 비교적 배우기 쉽다
   • C++과 같은 언어에서 개발자가 직접 처리해야 했던 복잡한 부분(포인터, 메모리 관리 등)을 자동화하여 문법이 비교적 단순하고 명확합니다.
4. 자동 메모리 관리 (Garbage Collection)
   • 개발자가 직접 메모리를 할당하고 해제할 필요가 없습니다. 가비지 컬렉터(Garbage Collector, GC)가 더 이상 사용되지 않는 객체를 찾아 자동으로 메모리에서 제거해 줍니다. 이로 인해 메모리 누수(Memory Leak)와 같은 실수를 방지할 수 있습니다.
5. 네트워크와 분산처리 지원
   • 자바는 초창기부터 네트워크 프로그래밍을 염두에 두고 설계되었습니다. 풍부한 네트워크 관련 API를 기본적으로 제공하여 분산 환경의 프로그램을 쉽게 개발할 수 있습니다.
6. 멀티쓰레드 (Multi-thread) 지원
   • 하나의 프로그램이 동시에 여러 작업을 처리할 수 있도록 하는 멀티쓰레딩을 언어 차원에서 지원합니다. 이를 통해 CPU 사용률을 높이고 애플리케이션의 응답성을 향상시킬 수 있습니다.
7. 동적 로딩 (Dynamic Loading) 지원
   • 애플리케이션 실행 시점에 모든 클래스를 로딩하는 것이 아니라, 필요한 시점에 클래스를 동적으로 로딩하여 사용할 수 있습니다. 이는 프로그램의 초기 구동 속도를 개선하고, 유지보수 시 유연성을 높여줍니다.

JVM

1. JVM 의 핵심 구조

   

2. 클래스 로더 서브시스템 (Class Loader Subsystem)

   • 컴파일된 바이트 코드(.class) 파일을 읽어와 Runtime Data Areas에 적재하는 역할.
   • 클래스 로딩의 3단계
     • Loading (로드) : 클래스 파일들을 가져와서 JVM의 메모리에 로드한다.
     • Linking (링크) : 클래스 파일을 사용하기위해 검증한다.
       • Verifying (검증) : 클래스와 JVM의 명세를 비교하고 검증한다.
       • preparing (준비) : 클래스를 사용하기위해 필요한 메모리를 할당한다.
       • Resolving (분석) : 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경한다. 쉽게 말해 ’이름’을 ‘실제 메모리 주소’로 변경하는 작업. 휴대폰의 주소록을 생각하면 쉽다. (이름 - 우리엄마, 실제 전화번호 - 010-0000-0000)
         • Resolving

3. 런타임 데이터 영역 (Runtime Data Areas)

   • JVM이 프로그램을 실행하면서 사용하는 메모리 공간.
   • Method Area (or Metaspace in Java 8+):
     • 클래스의 메타데이터(이름, 부모/자식 클래스 정보 등), static 변수, 상수 풀(final constant) 등 클래스 레벨의 정보를 저장.
     • 모든 쓰레드가 공유하는 영역.
   • Heap Area:
     • new 키워드로 생성된 객체(인스턴스)와 배열이 저장.
     • 모든 쓰레드가 공유. 가비지 컬렉션(GC)의 주된 대상이 되는 공간.
   • Stack Area:
     • 메서드 호출 정보(Stack Frame), 지역 변수, 기본형(primitive) 타입 변수, 참조형 변수의 주소값을 저장.
     • 각 쓰레드마다 개별적으로 생성. 메서드가 호출될 때마다 스택 프레임이 쌓이고(push), 메서드가 종료되면 해제(pop)됨.
   • PC Registers:
     • 현재 쓰레드가 실행하고 있는 JVM 명령어의 주소를 저장.
   • Native Method Stacks:
     • 자바 외의 언어(C, C++)로 작성된 네이티브 코드를 위한 스택.

4. 실행 엔진 (Execution Engine)

   • 바이트코드를 해석하고 실행하는 역할.
   • Interpreter: 바이트코드를 한 줄씩 읽어서 실행. 속도가 느림.
   • JIT (Just-In-Time) Compiler: 인터프리터의 단점을 보완. 반복적으로 실행되는 코드를 런타임에 네이티브 코드로 컴파일하여 성능을 크게 향상시킴.
   • Garbage Collector (GC): Heap 영역에서 더 이상 참조되지 않는 객체를 찾아 제거하는 역할.

• JVM 면접질문 정리