[Java] 바이트 코드(1) :: 바이트 코드란?

자바 스터디 3주 차 발표 준비 자료입니다

https://github.com/WanOnPreStudy/JavaQuestionStudy

GitHub - WanOnPreStudy/JavaQuestionStudy: 백엔드 자바 질문 스터디

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들아가기 전에 간단히

• java의 특징 중 하나는 OS에 독립적이다 라는 것입니다.
• 이것을 가능하게 해주는 것이 JVM인데 
• 바이트코드는 JVM에서 코드를 이해할 수 있도록  컴파일러에 의해 변환된 코드(.class)를 말합니다.

 

자바 바이트 코드란 

바이트 코드

특정 하드웨어가 아닌 가상 컴퓨터(Virtual Machine)에서 돌아가는 실행 프로그램을 위한 이진 표현법으로 하드웨어가 아닌 소프트웨어에 의해 처리되기에 기계어보다 추상적입니다.

 

자바 바이트 코드(Java bytecode)

• 개발자가 작성 한 코드(.java)가 컴파일러에 의해  JVM이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스 코드(.class)를 의미합니다.
• 바이트코드의 각 명령어는 1바이트짜리 OpCode와 추가 피연산자(Operand)로 이루어져 있습니다.
• 각 OpCode들은 1바이트의 바이트 번호로 표현됩니다. ( aload_0 = 0x2a,  invokevirtual = 0xb6 등)
• 따라서, 자바 바이트코드 명령어 OpCode는 최대 256개라는 점을 알 수 있습니다.
• JVM이 실행하는 코드를 굳이 자바 "바이트"코드라고 하는 이유일  것입니다.
• 자바 바이트 코드는 JVM만 설치되어 있으면, 어떤 운영체제에서라도 실행될 수 있습니다.

바이트 코드 확인하는 방법

바이트 코드 확인하기

방법 1.

intellij에서 프로젝트를 빌트 시킨 후에 바이트 코드를 확인하고 싶은 폴더를 열고 View > Show Bytecode를 누르면 
간단하게 바이트코드를 확인할 수 있습니다

 

Bytecode.java

public class Bytecode {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 3;
        System.out.print(a + b);
    }
}

 

Bytecode.java의 바이트코드

// class version 55.0 (55)
// access flags 0x21
public class com/example/baseproject/Bytecode {

  // compiled from: Bytecode.java

  // access flags 0x1
  public <init>()V
   L0
    LINENUMBER 3 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
    RETURN
   L1
    LOCALVARIABLE this Lcom/example/baseproject/Bytecode; L0 L1 0
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x9
  public static main([Ljava/lang/String;)V
    // parameter  args
   L0
    LINENUMBER 5 L0
    ICONST_5
    ISTORE 1
   L1
    LINENUMBER 6 L1
    ICONST_3
    ISTORE 2
   L2
    LINENUMBER 7 L2
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ILOAD 1
    ILOAD 2
    IADD
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.print (I)V
   L3
    LINENUMBER 8 L3
    RETURN
   L4
    LOCALVARIABLE args [Ljava/lang/String; L0 L4 0
    LOCALVARIABLE a I L1 L4 1
    LOCALVARIABLE b I L2 L4 2
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 3
}

 

방법 2.

intellij에서 바이트 코드를 확인하고 싶은 파일의 .class 폴더를 터미널로 열고  

javap -c [클래스파일이름] 을 입력하면 아래와 같은 바이너리 코드를 확인할 수 있습니다.

또한 javap의 다른 옵션들을 이용하여 더 자세한 정보들을 볼 수도 있습니다. (javap는 바이너리인 바이트코드 .class 파일을 텍스트로 보여주는 일종의 역어셈블러 프로그램입니다)

 

Bytecode.java의 바이트코드

Compiled from "Bytecode.java"
public class com.example.baseproject.Bytecode {
  public com.example.baseproject.Bytecode();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: iconst_5
       1: istore_1
       2: iconst_3
       3: istore_2
       4: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       7: iload_1
       8: iload_2
       9: iadd
      10: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.print:(I)V
      13: return
}

 

바이트 코드 동작 살펴보기

바이트 코드의 동작을 살펴보기 전에 바이너리 코드에서는 아래와 같이 각 타입들이 고유의 표현을 같습니다.

이것을 먼저 확인하고 보면 좀 더 이해에 도움이 될 것입니다. 

접두사/접미사	피연산자 타입
i	integer
I	long
s	sort
b	byte
c	charater
f	float
d	double
a	reference

 

 

타입의 표현도 알아봤으니 이제 위에서 확인한 바이트 코드를 조금 더 자세히 살펴보겠습니다.

public com.example.baseproject.Bytecode();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

생성자 부분입니다. 생성자를 작성하기 않아도 컴파일러에서 생성자를 넣어주는 것을 알 수 있습니다.

• aload_0: 지역 변수 배열의 0번 인덱스 내용을 피연산자 스택에 추가합니다. 지역 변수 배열의 0번 인덱스는 언제나 this, 즉 현재 클래스 인스턴스에 대한 레퍼런스이다.
• invokespecial: 생성자, private 메서드, 슈퍼 클래스의 메서드 호출

 

public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: iconst_5
       1: istore_1
       2: iconst_3
       3: istore_2
       4: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       7: iload_1
       8: iload_2
       9: iadd
      10: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.print:(I)V
      13: return

main함수 내에서 동작하는 코드입니다. (코드 앞에 번호는 바이트 번호를 의미합니다) 

• iconst_5 :  iconst로 5를 스택(Operand stack)에 push 하고
• istore_1: 다시 pop 해서 local variable array 인덱스 1에 저장 (istore #index: int 값을 변수 #index에 저장)
• getstatic #2:  현재 클래스 상수 풀에서 2번 인덱스에 해당하는 클래스의 정적 필드 값 가져오기 (여기서는 java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream)
• iload_1:  local variable array 인덱스 1에서  int 값을 가져와서 다시 스택에 넣는다 (iload_#index: #index에서 값을 가져옴)
• iadd : int의 add연산 실행 
• invokevirtual #3: 현재 클래스 상수 풀에서 3번 인덱스에 해당하는 메서드(여기서는 print)를 호출하고 결과를 스택에 넣습니다.
• return : 메서드에서 void 반환

 

더 많은 명령어와 명령어의 OpCode는 여기 에서 확인할 수 있습니다.

바이너리 코드에 대한 더 자세한 정리는바이너리 코드(2) 글에서 볼 수 있습니다.

[Java] 바이트 코드(2) :: 바이트 코드 예제