자바의 가장 중요한 특징은 운영체제(Operating System)에 독립적이라는 것이다.
자바로 작성된 프로그램은 운영체제의 종류에 관계없이 실행이 가능하기 때문에, 운영체제에 따라 프로그램을 전혀 변경하지 않고도 실행이 가능하다.
▶ 자바 언어의 특징
1. 운영체제에 독립적이다.
- 기존의 언어는 한 운영체제에 맞게 개발된 프로그램을 다른 종류의 운양체제에 적용하기 위해서는 많은 노력이 필요하겠지만, 자바에서는 더 이상 그런 노력을 하지 않아도 된다.
- 이것은 일종의 에뮬레이터인 자바가상머신(JVM)을 통해서 가능한 것인데, 자바 응용프로그램은 운영체제나 하드웨어가 아닌 JVM하고만 통신하고 JVM이 자바 응용프로그램으로부터 전달받은 명령을 해당 운영체제가 이해할 수 있도록 변환하여 전달한다.
- 자바로 작성된 프로그램은 운영체제에 독립적이지만 JVM은 운영체제에 종속적이어서 썬에서는 여러 운영체제에 설치할 수 있는 서로 다른 버전의 JVM을 제공하고 있다.
- 자바로 작성된 프로그램은 운영체제와 하드웨어에 관계없이 실행 가능하며 이것을 '한 번 작성하면, 어디서나 실행된다. (Write once, run anywhere)'고 표현하기도 한다.
2. 객체지향 언어이다.
- 상속, 캡슐화, 다형성이 잘 적용된 순수한 객체지향언어이다.
3. 자동 메모리 관리(Garbage Collection)
- 자바로 작성된 프로그램이 실행되면, 가비지컬렉터(garbage collector)가 자동적으로 메모리를 관리해주기 때문에 프로그래머는 메모리를 따로 관리하지 않아도 된다.
- Garbage Collector가 없다면 프로그래머가 사용하지 않는 메모리를 체크하고 반환하는 일을 수동적으로 처리해야할 것이다. 자동으로 메모리를 관리한다는 것이 다소 비효율적인 면도 있지만, 프로그래머가 보다 프로그래밍에 집중할 수 있도록 도와준다.
4. 네트워크와 분산처리를 지원한다.
- 인터넷과 대규모 분산환경을 염두에 둔 까닭인지 풍부하고 다양한 네트워크 프로그래밍 라이브러리(Java API)를 통해 비교적 짧은 시간에 네트워크 관련 프로그램을 쉽게 개발할 수 있도록 지원한다.
5. 멀티쓰레드를 지원한다.
- 일반적으로 멀티쓰레드(Multi-Thread)의 지원은 사용되는 운영체제에 따라 구현방법도 상이하며, 처리 방식도 다르다. 하지만 자바에서 개발되는 멀티쓰레드 프로그램은 시스템과는 관계없이 구현 가능하며, 관련된 라이브러리(Java API)가 제공되므로 구현이 쉽다.
- 그리고 여러 쓰레드에 대한 스케줄링(scheduling)을 자바 인터프리터가 담당하게 된다.
6. 동적 로딩(Dynamic Loading)을 지원한다.
- 보통 자바로 작성된 애플리케이션은 여러 개의 클래스로 구성되어 있다. 자바는 동적 로딩을 지원하기 때문에 실행 시에 모든 클래스가 로딩되지 않고 필요한 시점에 클래스를 로딩하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.
- 그 외에도 일부 클래스가 변경되어도 전체 애플리케이션을 다시 컴파일하지 않아도 되며, 애플리케이션의 변경사항이 발생해도 비교적 적은 작업만으로도 처리할 수 있는 유연한 애플리케이션을 작성할 수 있다.
[참고] 자바의 단점으로는 속도 문제가 가장 대표적인 것인데 바이트코드(byte code)를 하드웨어의 기계어로 바로 변환해주는 JIT컴파일러와 Hotspot과 같은 신기술의 도입으로 JVM의 기능이 향상됨으로써 속도문제가 상당히 개선되었다.
다음 게시글은 JIT 컴파일러와 Hotspot에 대해 포스팅하고 이어서 JVM에 대해 작성 할 예정이다.
▶ Garbage Collector
Garbage Collector(가비지 콜렉터)는 JVM(Java Virtual Machine)에서 자동으로 메모리 관리를 수행하는 기능이다.
가비지 컬렉터는 자바 프로그램에서 더 이상 사용되지 않는 객체를 식별하고 해제하여 메모리 누수를 방지하고 프로그램 성능을 향상 시킨다.
가비지 컬렉터의 주요 동작은 다음과 같다.
- 객체 추적 : 가비지 컬렉터는 루트(root) 객체에서부터 시작하여 접근 가능한 모든 객체를 추적한다. 이 과정에서 참조되지 않은 객체들이 식별된다.
- 객체 마킹 : 추적한 객체들 중에서 참조되지 않은 객체들을 마킹한다. 마킹된 객체들은 가비지로 간주된다.
- 가비지 수집 : 마킹된 객체들을 메모리에서 해제하여 가용한 메모리 공간으로 반환한다. 이 단계에서 객체가 차지하던 메모리는 다른 객체에 할당될 수 있게 된다.
가비지 컬렉터는 개발자가 직접 메모리 할당과 해제를 관리할 필요가 없도록 해준다. 이를 통해 메모리 누수와 관련된 문제를 방지하고, 개발자가 주로 비즈니스 로직에 집중할 수 있도록 한다.
▶ Garbage Collector의 장점과 단점
[ 장점 ]
- 메모리 관리의 편의성 : 가비지 컬렉터를 사용하면 개발자는 명시적으로 메모리 할당 및 해제를 관리할 필요가 없다. 객체의 수명 주기와 관련된 복잡한 작업을 처리하여 개발자의 부담을 줄여준다.
- 메모리 누수 방지 : 가비지 컬렉터는 더 이상 참조되지 않는 객체를 식별하여 메모리에서 자동으로 제거한다. 이를 통해 메모리 누수를 방지하고 시스템의 성능과 안정성을 향상시킨다.
- 개발 생산성 향상 : 가비지 컬렉터를 사용하면 개발자는 메모리 관리에 대한 직접적인 신경을 쓰지 않아도 된다. 이는 개발 시간을 단축시키고 코드의 유지 보수를 용이하게 한다.
[ 단점 ]
- 성능 저하 : 가비지 컬렉션 과정은 CPU 및 시스템 자원을 사용하므로 일부 상황에서는 성능 저하를 초래할 수 있다. 가비지 컬렉션 작업이 실행되는 동안 일시적으로 프로그램의 실행이 중단될 수도 있다.
- 예측 불가능한 동작 : 가비지 컬렉션은 JVM에 의해 관리되는 프로세스이므로, 가비지 컬렉션 작업의 타이밍과 동작은 개발자가 직접 제어할 수 없다. 따라서 예상하지 못한 시간에 가비지 컬렉션이 실행될 수 있고 이는 프로그램의 일관성을 깨뜨릴 수 있다.
- 추가적인 자원 사용 : 가비지 컬렉터는 메모리 관리를 위해 일정량의 추가적인 자원을 사용한다. 가비지 컬렉션 작업은 CPU 시간과 메모리를 소비하므로, 매우 큰 메모리를 다루거나 실시간 응용 프로그램에서는 성능 이슈가 발생할 수 있다.
- 객체 소멸 시기의 불확실성 : 가비지 컬렉터에 의해 메모리에서 제거되는 시기는 예측하기 어려울 수 있다. 따라서 프로그램에서 특정 시점에 객체의 해제가 필요한 경우 명시적인 메모리 해제를 수행할 수 없다.
▶ Dynamic Loading (동적 로딩)
Java에서 동적 로딩은 프로그램 실행 중에 필요한 클래스를 동적으로 로드하는 기능을 의미한다. 동적 로딩은 미리 컴파일된 바이트코드가 아닌 클래스 파일을 실행 시에 로드하고 사용하는 방식이다.
동적 로딩은 'Class.forName()' 메서드나 'ClassLoader' 클래스를 사용하여 구현된다. 이를 통해 런타임 시에 동적으로 클래스를 로드하고 객체를 생성할 수 있다.
[ 동적 로딩의 주요 특징 ]
- 유연한 확장성 : 동적 로딩은 프로그램이 실행 중에 필요한 클래스를 동적으로 로드하기 때문에, 실행 시에 클래스를 추가하거나 교체할 수 있다. 이는 프로그램의 유연성과 확장성을 높여준다.
- 리소스 절약 : 동적 로딩을 사용하면 프로그램이 시작될 때 필요한 클래스만 로드하고 사용한다. 이는 메모리 절약과 실행 속도 개선에 도움을 줄 수 있다. 필요한 클래스만 로드하므로 초기 부하를 줄이고, 사용되지 않는 클래스는 로드하지 않아 메모리를 효율적으로 사용할 수 있다.
- 클래스 의존성 관리 : 동적 로딩은 클래스 간의 의존성을 유연하게 관리할 수 있다. 실행 시에 필요한 클래스만 로드하면 되기 때문에, 실행 환경에 따라 필요한 클래스만 로드하고 다른 클래스들은 런타임 시에 로드할 수 있다. 이는 불필요한 의존성을 제거하고 모듈 간의 결합도를 낮출 수 있다.
- 보안과 안정성 : 동적 로딩은 보안과 안정성 측면에서 유용하다. 동적 로딩을 통해 외부에서 클래스를 동적으로 로드하면서 실행 환경을 보호할 수 있다. 또한, 동적 로딩을 사용하여 클래스를 로드하기 전에 검증하고 필요한 보안 검사를 수행할 수 있다.
동적 로딩은 자바의 유연성과 확장성을 높여주는 강력한 기능이지만, 사용 시 주의할 점도 있다. 클래스 로딩에 따른 오버헤드가 발생할 수 있고, 클래스 이름을 문자열로 다루므로 오타 등의 실수가 발생할 수 있다. 따라서 적절한 상황에서 동적 로딩을 사용하고, 보안 및 안정성에 신경 써야 한다.
▶ 네트워크 분산처리
Java에서 네트워크 분산처리는 여러 컴퓨터 또는 장치들이 네트워크를 통해 연결되어 작업을 분산하고 처리하는 방식을 의미한다. 이를 통해 시스템의 성능을 향상시키고 확장성을 갖춘 애플리케이션을 개발할 수 있다.
Java에서 네트워크 분산처리를 구현하기 위해 다양한 기술과 라이브러리를 활요할 수 있다. 가장 일반적인 방법 중 하나는 Java의 'Java.net' 패키지를 사용하여 소켓 프로그래밍을 구현하는 것이다. 소켓 프로그래밍은 TCP/IP 기반의 네트워크 통신을 가능하게 해주는 기술로, 클라이언트와 서버 간의 상호 작용을 구현할 수 있다.
또한, Java에서는 RMI(Remote Method Invocation)와 CORMA(Common Object Request Broker Architecture)와 같은 분산 객체 지향 기술을 사용하여 네트워크 상에서 객체 간의 통신을 지원한다. RMI는 Java의 원격 호출 기능을 제공하여 객체의 메서드를 원격에서 호출할 수 있게 해주는 기술이며, CORBA는 다양한 플랫폼과 언어 간의 분산 객체 통신을 위한 표준 기술이다.
또한, Java에서는 JMS(Java Message Service)와 같은 메시징 시스템을 사용하여 분산 메시지 기반의 통신을 구현할 수 있다.
JMS는 메시지 큐를 통해 비동기적인 메시지 교환을 지원하며, 분산 시스템 간의 안정적인 통신을 가능하게 한다.
마지막으로, Java에서는 분산 컴퓨팅 프레임워크인 Apache Hadoop과 Apache Spark와 같은 기술을 활용하여 대규모 데이터 처리 및 분산 작업을 수행할 수 있다.
이러한 프레임워크는 클러스터 환경에서 작업을 분산시키고 처리 속도를 향상시키는 데 사용된다.
네트워크 분산처리를 위한 Java의 다양한 기술과 라이브러리는 애플리케이션의 요구사항과 상황에 따라 선택하여 사용할 수 있다.
이를 통해 고성능이고 확장 가능한 분산 시스템을 개발할 수 있다.
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