JAVA

1. 자바소개

1) 컴퓨터와 소프트웨어

컴퓨터와 프로그래머, 소프트웨어의 관계는 만능 요리 기계, 요리설계사 그리고 요리순서와 같다.

2) 프로그래밍 언어

기계어(machine language) - 0, 1의 이진수로 구성된 언어 - 컴퓨터의 CPU는 기계어만 이해하고 처리가능

어셈블리어 - 기계어 명령을 ADD, SUB, MOVE 등과 같은 표현하기 쉬운 상징적인 단어인 니모닉 기호(mnemonic symbol)로 일대일 대응시킨 언어

고급언어 - 사람이 이해하기 쉽고, 복잡한 작업, 자료 구조,알고리즘을 표현하기위해 고안된 언어 - Pascal, Basic, C/C++, Java, C# - 절차지향언어와객체지향언어로나눌수있음

3) 프로그래밍과 컴파일

소스 : 프로그래밍 언어로 작성된 텍스트 파일
컴파일 : 소스 파일을 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 만드는 과정

자바 : .java → .class
C:.c→.obj→.exe
C++ : .cpp →.obj →.exe

graph LR;
    A[소스 프로그램 편집 및 개발]-->B[소스 프로그램];
    B-->C[컴파일러];
    C-->|컴파일| D[기계어];
    D-->E[프로그램 실행];

4) 자바의 태동

1991년 그린 프로젝트(Green Project)

선마이크로시스템즈의 제임스 고슬링(James Gosling)에 의해 시작
가전 제품에 들어갈 소프트웨어를 위해 개발

1995년에 자바 발표

플랫폼 호환성 문제 해결

기존언어로작성된프로그램은PC,유닉스,메인프레임등플랫폼간에 호환성 없음
소스를 다시 컴파일하거나 프로그램을 재 작성해야 하는 단점

플랫폼 독립적인 언어 개발

모든 플랫폼에서 호환성을 갖는 프로그래밍 언어 필요
네트워크, 특히 웹에 최적화된 프로그래밍 언어의 필요성 대두

메모리 사용량이 적고 다양한 플랫폼을 가지는 가전 제품에 적용

가전제품:작은량의메모리를가지는제어장치
내장형 시스템 요구 충족

초기 이름 : 오크(OAK)

인터넷과 웹의 엄청난 발전에 힘입어 퍼지게 됨
웹 브라우저 Netscape에서 실행

2009년에 선마이크로시스템즈를 오라클이 인수

5) 기존 언어의 플랫폼 종속성

graph LR
  A[인텔 CPU를 가진 리눅스 환경에서 개발] --> B[C/C++ 응용 프로그램];
  B -->|실행| C[Intel CPU + 리눅스];
  B -->|실행되지 않음| D[Apple 사의 MAC PC];
  B -->|실행되지 않음| E[Intel CPU + 윈도우 노트북];

플랫폼 = 하드웨어 플랫폼 + 운영체제 플랫폼

프로그램의 플랫폼 호환성 없는 이유

기계어가 CPU마다 다름
운영체제마다 API 다름
운영체제마다 실행파일 형식 다름

6) 자바의 플랫폼 독립성, WORA

WORA(Write Once Run Anywhere)

한번 작성된 코드는 모든 플랫폼에서 바로 실행되는 자바의 특징
C/C++등기존언어가가진플랫폼종속성극복
- OS, H/W에 상관없이 자바 프로그램이 동일하게 실행
네트워크에 연결된 어느 클라이언트에서나 실행
- 웹브라우저,분산환경지원

WORA를 가능하게 하는 자바의 특징

바이트 코드(byte code)
- 자바소스를컴파일한목적코드
- CPU에 종속적이지 않은 중립적인 코드
- JVM에 의해 해석되고 실행됨
JVM(Java Virtual Machine)
- 자바 바이트 코드를 실행하는 자바 가상 기계(소프트웨어)

Write Once !!
Run Anywhere!!

graph LR
  A[Java 응용 프로그램] -->|실행| B[Intel CPU + 리눅스];
  A -->|실행| C[Apple 사의 MAC PC];
  A -->|실행| D[Intel CPU + 윈도우 노트북];

7) 자바 가상 기계와 자바 실행 환경

바이트 코드

자바 가상 기계에서 실행 가능한 바이너리 코드
- 바이트 코드는 컴퓨터 CPU에 의해 직접 실행되지 않음
- 자바가상기계가작동중인플랫폼에서실행
- 자바 가상 기계가 인터프리터 방식으로 바이트 코드 해석
클래스 파일(.class)에 저장

자바 가상 기계(JVM : Java Virtual Machine)

자바 가상 기계 자체는 플랫폼에 종속적
자바 가상 기계는 플랫폼마다 각각 작성됨
예) 리눅스에서 작동하는 자바 가상 기계는 윈도우에서 작동하지 않음

자바 실행

JVM이 클래스 파일(.class)의 바이트 코드 실행

8) 자바 응용프로그램의 실행

2. 자바통합개발환경 - 이클립스

1) JDK와 JRE

JDK(Java Development Kit)

자바응용개발환경
컴파일러, JRE (Java Runtime Environment), 클래스 라이브러리, 샘플 등 포함
JRE(Java Runtime Environment)
자바실행환경.JVM포함
자바실행환경만필요한경우JRE만따로다운가능

JRE(Java Runtime Environment)

자바실행환경.JVM포함
컴파일된 자바 API들이 들어 있는 모듈 파일 - 개발자가아닌경우JRE만따로다운가능

JDK와 JRE의 개발 및 배포

오라클의 Technology Network의 자바 사이트에서 다운로드 http://www.oracle.com/technetwork/java/index.html

2) 자바의 배포판

오라클은 개발 환경에 따라 다양한 자바 개발 배포판 제공

Java SE

자바 표준 배포판(Standard Edition)
데스크탑과 서버 응용 개발 플랫폼

Java ME

자바 마이크로 배포판
휴대 전화나 PDA, 셋톱박스 등 제한된 리소스를 갖는 하드웨어에서 응용 개발을 위한 플랫폼
가장 작은 메모리 풋프린트
JavaSE의서브셋+임베디드및가전제품을위한API정의

Java EE

자바 기업용 배포판
자바를이용한다중사용자,기업용응용개발을위한플랫폼
JavaSE+인터넷기반의서버사이드컴퓨팅관련API추가

3) JAVA SE 구성

java_se

4) JAVA 설치 후 디렉터리 구조

── Java   
    └─ bin     // 자바 개발, 실행에 필요한 도구용 유틸리티 명령   
    ├─ conf    // 여르 종류의 배치파일   
    ├─ include // 네이티브 코드 프로그래밍에 필요하는 C언어   
    ├─ jmods   // 컴파일된 모듈 파일들   
    ├─ legal   // 각 모듈에 대한 저작권과 라이선스 파일   
    └─ lib     // 실행 시간에 필요한 라이브러리 클래스들

5) JAVA API

자바 API(Application Programming Interface)

개발자가 이용하여 쉽고 빠르게 자바프로그램을 개발할 수 있는 자바라이브러리
JDK에 클래스 라이브러리로 제공
패키지 형태로 제공

자바 패키지(package)

서로 관련된 클래스들을 분류하여 묶어 놓은 것
계층구조로 되어 있음
개발자 자신의 패키지 생성 가능

https://docs.oracle.com/javase/10/docs/api/overview-summary.html

6) 자바 통합 개발 환경__이클립스(Eclipse)

IDE(Integrated Development Environment )

통합개발환경
편집,컴파일,디버깅을한번에할수있는통합된개발환경

이클립스(Eclipse)

자바응용프로그램개발을위한통합개발환경
IBM에 의해 개발된 오픈 소스 프로젝트
http://www.eclipse.org/downloads/ 에서 다운로드

3. 자바응용의 종류

1) 데스크톱 응용프로그램

가장 전형적인 자바 응용프로그램

PC 등의 데스크톱 컴퓨터에 설치되어 실행
JRE가 설치된 어떤 환경에서도 실행
다른 응용프로그램의 도움이 필요 없이 단독으로 실행

2) 서블릿 응용프로그램

서블릿(servlet)

웹 서버에서 실행되는 자바 프로그램
웹브라우저에서 실행되는 코드와 통신
데이터베이스서버및기타서버와연동하는복잡한기능구현시사용
사용자 인터페이스가 필요 없는 응용
웹서버에의해실행통제받음

3) 안드로이드 앱

안드로이드

구글의 주도로 여러 모바일 회사가 모여 구성한 OHA(Open Handset Alliance)에서 만든 무료 모바일 플랫폼
개발 언어는 자바를 사용하나 JVM에 해당하는 Dalvik은 기존 바이트 코드와 호환성이 없어 변환 필요

4. 자바의 특성

플랫폼 독립성

하드웨어, 운영체제에 종속되지 않는 바이트 코드로 플랫폼 독립성

객체지향

캡슐화, 상속, 다형성 지원

클래스로 캡슐화

자바의 모든 변수나 함수는 클래스 내에 선언
클래스 안에서 클래스(내부 클래스) 작성 가능

소스(.java)와 클래스(.class) 파일

하나의 소스파일에 여러클래스를작성가능 :public클래스는 하나만가능
소스 파일의 이름과 public으로 선언된 클래스 이름은 같아야 함
클래스 파일에는 하나의 클래스만 존재
다수의 클래스를 가진 자바 소스를 컴파일하면 클래스마다 별도 클래스 파일 생성

실행 코드 배포

한개의 class 파일 또는 다수의 clas s파일로 구성
여러폴더에 걸쳐 다수의 클래스파일로 구성 된 경우: jar압축파일로배포

패키지

서로 관련 있는 여러 클래스를 패키지로 묶어 관리
패키지는 폴더 개념
예) java.lang.System은 java\lang 디렉터리의 System.class 파일

멀티스레드

여러 스레드의 동시수행 환경 지원
자바는 운영체제의 도움 없이 자체적으로 멀티스레드 지원
C/C++ 프로그램은 멀티스레드를 위해 운영체제 API를 호출

가비지 컬렉션

자바언어는메모리할당기능은있어도메모리반환기능없음
사용하지않는메모리는자바가상기계에의해자동반환

실시간 응용프로그램에 부적합

실행도중예측할수없는시점에가비지컬렉션실행때문
응용프로그램의 일시적 중단 발생

자바 프로그램은 안전

타입체크엄격
물리적 주소를 사용하는 포인터 개념 없음

프로그램 작성 쉬움

포인터 개념이 없음
동적메모리반환하지않음
다양한 라이브러리 지원

**실행 속도 개선을 위한 JIT 컴파일러 사용(())

자바는 바이트 코드를 인터프리터 방식으로 실행
- 기계어가 실행되는 것보다 느림
JIT 컴파일 기법으로 실행 속도 개선
- JIT 컴파일 - 실행 중에 바이트 코드를 기계어 코드로 컴파일하여 기계어를 실행하는 기법

5. 모듈 프로그래밍

모듈화(modularity)

Java 9에서 정의된 새로운 기능, 2017년 9월 21일 출시
모듈:자바패키지들과이미지,XML파일등의자원들을묶은단위
모듈 프로그래밍 : 자바 응용프로그램을 마치 직소 퍼즐(jigsaw)을 연결하듯이 필요한 모듈을 연결하는 방식으로 작성

자바 플랫폼의 모듈화

실행 시간에 사용되는 자바 API의 모든 클래스들을 모듈들로 분할
자바 응용프로그램이 실행되는데 불필요한 모듈 배제
작은크기의실행환경구성
하드웨어가 열악한 소형 IoT 장치 지원

Java 9부터 플랫폼을 모듈화함

Java SE의 모든 클래스들을 모듈들로 재구성
JDK의 설치 디렉터리 밑의 jmods 디렉터리에 있음