[D+04] JVM과 JAVA의 구성요소

 

 

국비지원 D+04

-  JVM과 JAVA의 구성요소 -

 

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우리는 기존에 CPU와 메모리와의 관계, 프로그램이 실행되는 컴파일 방식, 프로그램의 구성요소에 대해 이론적으로 학습해보는 시간을 가졌었다.

 

이제부터는 JAVA라는 언어로 위의 내용에 해당하는 내용을 실제로 구현해보면서 학습해보도록 하자.

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JVM (JAVA Virtual Machine)

JVM은 자바 가상머신으로 컴파일된 바이트코드를 머신을 통해 운영체제와 서로 통신하는 역할을 한다.

그런데 우리는 JVM의 단점인 느린속도를 감안하고 굳이 JVM을 끼고 운영체제와 통신을 왜 해야할까?

 

위의 그림은 만약 JVM이 없을 경우를 어떤 상황이 발생될지 알아볼 수 있는 그림이다.

여기 개발자가 인사말을 찍어주는 앱을 개발하기 위해 "Hello"가 출력되는 코드를 작성해 볼 것이다.

그런데 우리는 여러 운영체제와 통신을 해야하기 때문에 각 운영체제에 맞는 명령어를 넣어줘야하기 때문에 한가지 명령을 하기위해 어마어마한 양의 코드를 작성해야만 하는 최악의 상황을 마주해야만 한다.

 

하지만 JVM이 존재할경우 개발자는 Hello를 출력하는 하나의 코드를 JVM에만 넣어주어도 JVM이 알아서 운영체제에 맞게 명령어를 보내는 준다.

 

느린속도라는 단점을 가지고 있지만 개발자 입장에서는 편하고 이식성을 고려하지 않아도 되기 때문에 JVM은 개발자에겐 단비같은 존재이다.

이런식으로 이식성이 해결되지만 그에반에 성능이 떨어지는 하나가 좋으면 하나가 좋지않은 이런관계를 trade-off관계라고 한다.

 

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JAVA의 구성요소

이클립스 실습을 통해 우리가 알 수 있었던 건 하나의 워크스페이스 안에 프로젝트가 있으며 프로젝트안에는 실질적인 프로그램을 구성하는 여러개의 클래스들이 존재할 수 있다는 것이다.

그러면 우리는 실직적인 프로그램 구성요소인 클래스에 대해 깊게 알아볼 필요가 있다.

 

클래스는 크게 두가지로 구성되어 있는데 바로 Data와 함수인 Function으로 구성되어 있다.

우리는 클래스를 이해하기 위해서 각각의 대한 정보를 구체적으로 알아볼 필요가 있다.

 

1) class의 구성요소 - 함수(Function)

우리가 기존에 알고있는 함수에 빗대어 설명해 보자면 x값안에 값을 입력해서 계산하면 y의 값을 구할 수 있다.

함수는 구체화된 연산이라는 의미로 프로그래밍에서의 함수도 x라는 원인을 함수안에 입력하게 되면 y라는 결과값이 나오는 비슷한 원리를 가지고 있으며, 다만 프로그래밍에서의 함수는 위의 사진처럼 표현해 준다.

또한 원인이라는 값은 여러 개가 들어갈 수 있지만, 결과는 반드시 하나가 나와야 한다.

 

이때, 더나아가 프로그래밍적으로 용어를 정리해보면 함수에서의 원인을 파라미터라고하며 함수에서의 결과는 리턴벨류라고 한다.

 

함수에 대해 어느정도 이해했다면 우리는 한가지 알아야하는 함수가 있는데 바로 main함수이다.

JVM은 완성되어진 코드를 보면서 어떤 함수, 즉 메소드를 먼저 실행시킬지 찾아보는데 이때 우리는 JVM이라는 가상머신과 약속을 했는데 바로 JVM은 main메소드라고 하는곳을 가장먼저 실행시킨다는 것이다.

그렇기 때문에 엔트리포인트인 메인에 가장먼저 돌아가길 원하는 코드를 작성해주면 된다.

 

2) class의 구성요소 - Data

클래스 안에는 메소드 뿐만아니라 데이터도 포함되어 있는데 우리는 데이터라는 값을 넣어줄때 반드시 데이터 타입을 설정해 주어야 한다.

 

• Data Type

데이터안에는 데이터타입을 반드시 포함하는데 데이터타입이 필요한 이유는 컴퓨터는 유한성이라는 특징을 가지고 있는데 즉, 컴퓨터 메모리의 한계가 정해져있기 때문에 데이터를 입력할때 메모리안에 차지할 공간을 설정하고 그 안에 데이터를 담도록 해야한다.

 

또한 데이터타입의 특징중에 또다른 하나는 규칙이라고하는 bit rule이라는게 있는데 데이터를 무슨형으로 넣어줘야할지 설정해주면 데이터가 차지하는 용량에 어떤형이 들어가느냐에 따라 비트가 구성하는 비율이 각각 다르기 때문에 우리는 데이터타입을 반드시 잘 설정해 주어야 한다.

 

• Data Type - 정수형

가장 보편적으로 많이 사용되는 것은 int형인데 이유는 2가지이다.

 

첫번째 이유는 우리 컴퓨터의 메모리크기는 16G 정도 되는데 16기가를 바이트로 표현하면 약 171억 바이트이기때문에 내가 메모리공간을 절약한다고 short와 byte를 사용한다는 것은 171억크기의 메모리에게는 별차이가 없기때문에 너무 작은 타입은 잘 사용하지 않는다는 것이다.

 

두번째 이유는 메모리에 있는 데이터를 64비트짜리 버스로 cpu에 전송한다고 한다고 가정하자.

버스는 32비트로 나눠서 관리하게 되는데 이것을 우리는 채널이라고 한다.

 

2개의 채널에 각 데이터 int형과 short형을 넣었을때 int형은 딱 들어맞는 것이 보이지만 short형의 경우 공간이 남아있다고 해서 비워두거나 다른데이터가 추가적으로 들어가는 것이 아니라 padding data라는 의미없는 값을 인위적으로 넣어버린다.

그렇게 되면 int형은 short형보다 크기가 큼에도 어떠한 과정없이 바로 데이터를 전송할 수 있지만, short은 메모리의 공간을 절약할 수는 있지만 채널안 비워진 공간에 padding data를 넣는 시간이 플러스되어 오히려 int보다 시간이 오래 걸린다.

 

그렇기 때문에 우리는 보통 int형을 많이 선호하는 것이다.

 

• Data Type - 실수형

컴퓨터는 명확한 실수를 저장할 수는 없지만 실수를 그자체로 저장하는 것이 아니라 가장 적당한 근사치로 저장하게 되는데 이를 우리는 해상도라고 한다.

 

실수형에서 우리가 보편적으로 사용되는 것은 double형인데 왜냐하면 double형이 크기가 좀 더 크기 때문에 float형보다 해상도가 높다는 의미로 해석되어 해상도가 더 높은 double형을 사용한다고 한다.

하지만 실수형같은 경우는 보편적으로 사용된다고 해서 double형을 무조건 사용한다기보다는 각 타입이 가지고 있는 bit rule이 존재하기 때문에 하나로 통일해서 사용해 주는게 가장 좋은 방법이다.

 

• Data Type - 논리형

논리형은 식이 진리값✦진리값 = 진리값 으로 이루어져 있으며 이때의 진리값은 True나 False를 의미하고 ✦는 논리연산자로써 AND연산자 또는 OR연산자이다.

 

논리연산자에서 AND는 논리곱으로 모든값이 True여야 True라는 결과를 가져오고, OR같은 경우는 논리합은 한개의 값이라도 True이면 True값을 가져오는 특징이 있다.

 

• Data Type - 문자형

문자형에는 char와 String이 있는데 이때 String은 기본타입이 아니다.

하지만 문자열을 입력할때 사용하는 것이기때문에 표에 넣어놨을 뿐 참고만 하도록 한다.

 

char의 문자를 해석할 때 2bit중에서 첫번째의 값이 0으로만 이루어졌을 경우엔 두번째 칸을 아스키코드로 해석해야하며, 앞부분의 값이 0으로만 이루어져있지 않았을 경우엔 2번째칸을 유니코드로 해석해야한다.

 

타입변환

데이터의 타입을 변환하는데에는 여러 방법이 있겠지만 가장 중요한것은 원칙을 지키는 것인데 타입변환의 원칙 2가지중 하나는 상식이 있어야 한다는 것이다.

예를 들어 논리형 boolean형을 정수형 int로 변환할 수 있을까? 이런 답을 하기 애매한 것들은 애초에 형변환을 하지 않고 차라리 새로운 코드를 다시짜는게 낫다.

두번째는 기왕이면 같은 형식을 가진 것들끼리 변환하는 것이다.

하지만 이것들도 잠재적인 오류를 가지고 있을 확률이 있기때문에 가급적으로 형변환은 피하는게 좋다.