최초 작성 날짜: 2025년 7월 7일

0. 자바의 실행 과정

자바 코드의 실행 과정을 간단히 요약하면 아래와 같은 과정을 거칩니다. 이 과정을 온전히 이해하기 위해 JDK와 JRE 그리고 JVM같은 용어들에 대해 알아보겠습니다.

Java Source File (.java)
      ↓ [javac: Compiler (JDK)]
Bytecode File (.class)
      ↓ [Class Loader (JVM)]
Method Area (JVM 메모리)
      ↓
Execution Engine (Interpreter + JIT Compiler (JVM))
      ↓
Native Machine Code 실행 (CPU)

1. JDK (Java Development Kit)

JDK는 Java 애플리케이션을 개발, 컴파일, 디버깅, 실행하기 위한 환경과 도구를 제공합니다.

흔히, 위의 사진처럼 JDK는 JRE와 Development Tools를 포함하고 있는 그림을 많이 보셨을겁니다. 그리고 지금도 많은 곳에서 JDK가 JRE를 포함하고 있다고 설명하는 경우가 많습니다. 그러나, 버전에 따라서는 엄밀히 말하면 틀릴 수도 있는 설명입니다. Java8 까지는 맞는 구조라고 할 수 있으며, 위의 그림도 Java 8 버전에 대한 Oracle 공식 문서에서 가져왔습니다.

1.1 JRE

아래에서 자세히 설명하겠습니다.

1.2 Development Tools

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JDK 17 버전 기준으로 굉장히 많은 Tool에 대한 Spec이 존재합니다. 다만 이중에서는 Java, Javac 그리고 jlink만 언급하겠습니다.

javac: Java로 작성된 클래스 및 인터페이스 정의를 읽고 바이트코드를 포함하는 .class 파일 형태로 컴파일한다
java: Java 애플리케이션을 시작합니다.
jlink: 여러 모듈과 모듈의 종속성을 사용자 정의 런타임 이미지로 조립하고 최적화합니다.

2. JRE (Java Runtime Environment)

JDK의 하위 집합으로 JVM을 비롯해서 Java 애플리케이션을 실행하는 데 필요한 도구를 포함하고 있었습니다. 그러나 현재는 더 이상 배포되지 않습니다. 과거에는 개발 도구는 필요 없고, 자바로 만든 애플리케이션을 실행하기만 하면 되는 일반 사용자들은 JRE만 설치하면 Java 애플리케이션을 실행할 수 있었습니다. 덕분에 거대한 JDK를 모두 설치할 필요가 없었습니다. 그러나, 아래와 같은 이유로 인해 더 이상 별도로 JRE를 별도로 배포하지 않습니다.

2.1 JRE를 더 이상 배포하지 않는 이유

JRE는 rt.jar라는 자바의 모든 라이브러리를 통째로 포함하는 거대한 패키지였습니다. 하지만 대부분의 애플리케이션은 일부만 필요로 했습니다. 거기에 Java 9부터는 JPMS(Java Platform Module System) 가 도입되었습니다. 따라서 JDK 역시도 여러 모듈로 분리했습니다. 그리고 JDK에 포함 된 jlink라는 도구를 이용하여 이전의 JRE와 같은 실행 환경을 만들고자 했습니다.

jlink는 개발자가 코드로 작성한 애플리케이션 Module과 그 앱에 필요한 JDK의 Module만 골라내고, 여기에 JVM을 포함시켜 일종의 Custom Java Runtime Environment를 생성합니다. 공식적으로는 Custom Runtime Image 라고 부르며, Custom JRE라고 관용적으로 부르기도 하는 것 같습니다. 필요한 모듈만 추가하여 경량화에 큰 장점을 가지고 있어, Docker와 궁합이 좋다고 말하는 사람들도 있습니다. 어쩄든 jlink를 통해 만든 Custom Runtime Image가 과거의 JRE를 대체하게 됩니다. 그리고 rt.jar는 사라졌습니다.

3. JVM (Java Virtual Machine)

javac에 의해 컴파일된 자바 바이트코드(.class 파일)을 현재 실행하는 운영체제에 맞는 기계어로 번역하고 실행하는 역할을 합니다. 이 JVM 덕분에 자바는 **Write Once, Run Anywhere!**의 특징을 가지게 됩니다. 그리고 자연스럽게도 JVM 자체는 운영체제에 종속적이 되므로, 운영체제마다 호환되는 JVM이 별도로 존재합니다.

JVM Spec에 따르면 JVM은 스택 기반의 인터프리터입니다. 저장을 위한 별도의 레지스터가 없으며, 기본적으로 스택을 이용해 중간값들을 담아두고 가장 마지막에 실행된 명령어와 독립적으로 프로그램을 구성하는 opcode를 하나씩 순서대로 처리하는 ‘while loop 안의 switch 구조’ 를 이루고 있습니다.

JVM은 크게 Class Loaders, Run-Time Data Areas, Execution Engine 등 복잡하고 중요한 요소로 이루어져 있습니다. 이처럼 자바 파일의 실행 과정을 제대로 이해하기 위해서는 JVM에 대한 깊이 있는 학습이 필수적입니다.

다음에 조금 더 자세하게 JVM의 내부 구조를 알아보겠습니다. 그리고 처음에 간단히 살펴봤던 자바의 실행 과정이 실제로는 어떻게 이루어지는지 마찬가지로 더 자세하게 알아보겠습니다.

참고

자바의 실행 과정과 JDK, JRE, JVM의 역할 1: 간단히 알아보기