코딩하는 eroke

JAVA의 메모리 영역 <메소드/스택/힙>

• 메소드 : 바이트 코드, 전역변수, static변수
• 스택 : 매개변수, 지역변수 (사용 종료 시 바로 소멸, 컴파일 시 메모리 할당)
• 힙 : new로 생성된 객체 (호출 끝나도 사라지지 않음, 프로그램 실행 시 동적할당) 

자바 프로그램 실행과정

1) JVM : OS로부터 프로그램이 필요로 하는 메모리 할당받음
2) javac (자바 컴파일러)가 소스코드(.java)를 읽어 바이트코드(.class)로 변환시킴 (컴파일)
3) 클래스로더 : class 파일들 JVM으로 로딩
4) 실행엔진 : 로딩된 class 파일들 해석 (class 실행)
5) 해석된 바이트코드 > 런타임 데이터 영역에 배치 (실질적 수행)

위 과정 중에 JVM은 GC작업 수행 (스레드 동기화 등)

JVM (자바 가상 머신)

JAVA가 OS에 구애받지 않고 재사용 가능하게 함 (중개자 역할 : JAVA - JVM - OS )

자바 애플리케이션을 클래스 로더로 읽어 자바 API와 함께 실행 (스택기반 가상머신)

역할 : 메모리관리, 가비지 컬렉션

JVM 구성

1) 클래스로더 : JVM으로 클래스파일 로드, 링크를 통해 배치, 런타임 시 동적으로 클래스 로드, 컴파일러 역할

2) 실행엔진 : 클래스로더가 런타임 영역에 배치한 바이트코드를 실행 가능한 형태로 변경, 실행

• 인터프리터 : 한 줄씩 수행 (느림)
• JIT (just-in-time) : 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체 컴파일 > 네이티브 코드로 변경 > 네이티브 코드로 실행 (네이티브 코드 : 캐시 보관, 한 번 컴파일된 코드 빠른 수행)
• 네이티브 코드 : 자주 수행되는 메소드를 JVM->실행엔진->JIT 컴파일

3) 가비지 컬렉터 : 가비지 컬렉션

4) 런타임데이터영역 : JVM의 메모리영역. 자바 애플리케이션을 실행할 때 사용하는 데이터들을 적재하는 영역

• 메소드 영역 : 모든 쓰레드가 공유하는 영역 (클래스, 인터페이스, 메소드, 필드, static 변수 등 바이트코드 보관)
• 힙 영역 : 모든 쓰레드가 공유하는 영역 (new로 생성된 객체/배열. GC가 참조되지 않는 메모리를 제거하는 영역)
• 스택 영역 : 메소드 호출 시마다 생성되는 영역 (메소드 내 매개변수, 지역변수 등을 임시로 저장. 메소드 끝날때 삭제)
• PC 레지스터 : 쓰레드 시작될 때마다 각각 생성 (쓰레드가 어떤 명령을 실행할지 기록, 수행중인 JVM 명령의 주소를 가짐)
• 네이티브 메소드 스택 : 자바 외 언어로 작성된 코드를 위한 영역

가비지 컬렉션 (GC)

가비지 정리 프로그램 (가비지 : 정리되지 않은 메모리, 유효하지 않은 메모리주소)

참조되지 않은 객체 해제, 가용 공간 만듦 > heap 메모리 재활용을 위해 

자동 메모리 정리로 개발자의 개발 속도 향상

*Mark : 스택의 모든 변수를 스캔, 각각 어떤 오브젝트를 레퍼런스 하고있는지 찾는 과정

*Sweep : Mark되지 않은 모든 오브젝트들을 heap에서 제거

문제점 : 메모리를 되찾을 시점을 결정하기 위한 오버헤드 발생 가능

JRE (Java Runtime Environment) : 자바 실행환경

JVM이 자바 프로그램을 동작시킬 때 필요한 라이브러리, 기타 파일들을 가지고 있음 

JVM + 자바 클래스 라이브러리 + 자바 명령(command) + 기타인프라를 포함한 디렉토리 (패키지)

• bin/ : Java 실행 프로그램, JVM 시작하는 java (javaw,,), keytool, policytool 등
• conf/ : 사용자가 편집가능한 파일 
• lib/ : supporting 파일, .jar 구성파일, 속성, 글꼴, 인증서, .class 포함 모듈
• 네이티브 바이너리 코드 지원 : .dill (Window), dylib (Mac), .so (Linux) 

JDK (Java Development Kit) : JRE+개발도구들 (javac, jdb, java, etc...)

Java용 SDK (Software Development Kit) => 프로그램 생성, 컴파일 가능

JRE의 상위 집합 디렉터리 세트 

• bin/ : 개발도구로 확대 - javac (.jar, javadoc, jshell)
• jmods/ 추가 

일반적으로 Java 프로그램 실행 = JRE만 있으면 됨. 

Java 프로그래밍 = JDK 설치 필요

애플리케이션 서버 = JSP 를 Java Servlet으로 변환 >> JDK를 사용해서 Servlet 컴파일 해야함

>>> JDK 설치 필요

Runtime Data Area

프로그램 수행을 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간

구성

1) PC : 프로그램 카운터 레지스터, 스레드 시작 될 때 생성됨. (1스레드 1PC) 현재 수행중인 JVM 명령 주소 가짐

2) JVM stack : 프로그램 실행 중 소멸되는 특성의 데이터 임시저장, 삭제 (임시 할당, 변수, 임시데이터, 스레드, 메소드 등)

3) Native Method stack : 실제 실행가능한 기계어 프로그램 실행 영역, JAVA 외의 언어로 작성된 코드를 바이트코드로 전환, 저장

4) Method Area (=Class area = Static area) : 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장

    (Runtime Constant Pool : 상수 자료형 저장, 참조/ 중복 방지)

5) Heap : new연산으로 생성된 객체, 배열을 저장하는 가상 메모리 공간

*오버로딩과 오버라이딩

• 오버로딩 : 메소드의 이름은 같고, 매개변수를 다르게 함으로써 여러 메소드를 만드는 것
• 오버라이딩 : 부모클래스로부터 상속받은 메소드를 재정의하는 것. 자식 객체에서 오버라이딩한 메소드는 호출시 오버라이딩한 메소드가 우선시 되어 호출됨 (동일한 리턴타입, 메소드 이름, 매개변수를 가져야함)

*추상클래스와 인터페이스

• 추상클래스 : 클래스 내에 추상 메소드가 하나 이상 포함되거나 abstract로 정의된 경우. extends를 통해 기능을 이용하고 확장하도록 하는 클래스
• 인터페이스 : 모든 메소드가 추상 메소드인 경우 (여러 implements가 가능해 다중 상속 구현 가능) 뼈대만 있으며, 구현하는 모든 클래스에 대해 강제적으로 메소드를 구현하도록 만듬

*메모리, 성능 개선 방법

• 인스턴스 변수에 접근할 일이 없으면, static 메소드를 선언하여 호출
• 모든 객체가 서로 공유할 수 있기 때문에 메모리가 절약되고 연속적으로 그 값의 흐름을 이어갈 수 있는 장점이 존재

*클래스와 구조체의 차이

• 구조체 : 여러 자료형의 변수들을 하나의 구조로 묶을 수 있는 자료구조.
• 클래스 : 변수뿐만 아니라, 메소드도 포함시킬 수 있음
• 구조체도 함수 포인터를 이용하면 클래스처럼 만들어 낼 수도 있다.

*스레드 생성, 장단점

• 생성 : Runnable(인터페이스)로 선언되어 있는 클래스 or Thread 클래스를 상속받아 run() 메소드를 구현
• 장점 : 빠른 프로세스 생성, 메모리를 적게 사용 가능, 정보 공유가 쉬움
• 단점 : 데드락에 빠질 위험이 존재

*벡터와 배열

• 벡터 : 동기식. 한 스레드가 벡터 작업 중이면 다른 스레드가 벡터 보유 불가능
• 배열리스트 : 비동기식. 여러 스레드가 배열리스트에서 동시 작업이 가능

Reference

소프트웨어 공학 관점에서 S/W의 질을 향상하는 법

>>> 강한 응집력(Strong Cohesion), 약한 결합력(Weak Coupling) 지향

OOP = 클래스를 사용하여 강한 응집력, 클래스간에 독립적인 설계로 약한 결합력을 지향

객체 지향 프로그래밍의 특징

1. 캡슐화

객체의 속성(데이터 필드)과 행위(메소드)를 하나로 결합

실제 구현 내용 일부를 외부에 은닉 (접근 제어자 public/ protected/ private 로 정보은닉)

접근지정자에 의해 제한된 멤버들은 컴파일러에 의해 판단됨

> 제한된 멤버 접근 시 컴파일 오류, 실행코드 생성 제한

2. 추상화

객체들의 공통된 특징 파악, 정의

> 불필요한 정보는 숨기고 중요한 정보만 표현. 프로그램을 간단히 만드는 것

• 클래스 = 추상 자료형
• 객체 = 추상 자료형의 인스턴스
• 메소드 = 추상 자료형에서 정의된 연산
• 생서자 = 메소드 호출 

• 추상클래스 (abstract) : 추상메소드 포함 (미완성 클래스) > 객체 생성 불가능 (Is-a)
• 인터페이스 (interace)  : 추상메소드, 상수 포함 > 다중상속 (implements) (has-a)

3. 다형성 (오버라이딩/오버로딩)

같은 형태에 다른 기능 > 코드의 재사용성 증가, 유지보수 용이

• 오버라이딩
  • 부모 클래스를 상속받아 자식 클래스에서 부모클래스의 메소드를 재정의

• 오버로딩
  • 같은 이름의 메소드의 매개변수의 갯수나 데이터 타입을 다르게 정의

4. 상속성 (재사용)

새로운 클래스가 기존의 클래스의 자료와 연산을 이용할 수 있게 하는 기능 > 코드의 중복 최소화

클래스 간의 종속 관계를 형성 > 객체 조직화

동적 바인딩
실행 시간 중에 일어나거나 실행 과정에서 변경될 수 있는 바인딩

프로그램의 한 개체나 기호를 실행 과정에 여러 속성이나 연산에 바인딩함으로써 다형 개념을 실현

정적 바인딩

컴파일 시간에 완료되어 변화하지 않음

Reference