🏃🏽‍♂️JVM, DVM, ART

모바일 환경에 최적화된 런타임을 제공하기 위해, 기존 자바 가상머신인 JVM을 대체하여 DVM이 나타났습니다. 이후 이 DVM이 지금의 ART로 발전되었습니다. 이 큰 흐름을 가지고, 이 글을 통해 위 세가지 런타임 방법을 개괄적으로 알아가시길 바라겠습니다. 앗 ! 구체적인 런타임 구성과 동작방식에 대해선 다른 글에서 더 다세히 다뤄보도록할테니, 다음 글도 기대해주세요 ! 그럼 오늘도 화이팅 입니다 🌿

1️⃣ JVM 이란 ?

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자바 바이트 코드를 실행할 수 있는 주체입니다.

• 모든 기본 타입의 정의를 명확히 함으로써 플랫폼 독립성 보장해줍니다.
• 데이터 흐름 분석에 기반한 자바 바이트코드 검증기를 통해 많은 문제를 실행 전에 검증하여 실행 시 안전을 보장하고 별도의 부담을 줄여줍니다.
  • 스택 오버 플로
  • 명령어 피연산자의 타입 규칙 위반
  • 지역 변수의 초기화 전 사용
  • 필드 접근 규칙 위반 등

• 자바 바이트 코드란 ?
  • 플랫폼에 독립적
  • JVM에 의존적
  • 한번의 빌드로 여러 플랫폼에서 실행가능 (WORA : Write Once and Run Anywhere)
    

2️⃣DVM 이란 ?

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초기 Android Run Time으로, Android 2.2 이후 trace JIT 컴파일러로 처음 적용되었습니다.

JIT

• 자주 사용하는 부분에 대해 미리 컴파일하여 기계어로 해석해놓기 때문에 실행 성능을 향상시킬 수 있습니다.
• 실행시에 인터프리팅 시작을 시작합니다.

인터프리터 방식의 단점을 보완하기 위해 도입된 JIT 컴파일러입니다. 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경하고, 이후에는 해당 더 이상 인터프리팅 하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식이다. 네이티브 코드는 캐시에 보관하기 때문에 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 수행하게 된다. 물론 JIT컴파일러가 컴파일하는 과정은 바이트코드를 인터프리팅하는 것보다 훨씬 오래걸리므로 한 번만 실행되는 코드라면 컴파일하지 않고 인터프리팅하는 것이 유리하다. 따라서 JIT 컴파일러를 사용하는 JVM들은 내부적으로 해당 메서드가 얼마나 자주 수행되는지 체크하고, 일정 정도를 넘을 때에만 컴파일을 수행한다.

trace-JIT란?
Threshold를 초과하면 바이트코드를 기계어로 해석한다. 즉 어떤 구간(ex. if문, for문)이 특정 횟수 이상 반복되면 컴파일

Interpreter(인터프리터)란?
실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 하지만 이 방식은 인터프리터 언어의 단점을 그대로 갖고 있다. 한 줄 씩 수행하기 때문에 느리다는 것이다.

3️⃣ JVM 과 DVM

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JAVA 컴파일 과정을 알아보자

VM이든 DVM이든 모두 Java를 사용하는 VM이기 때문에 비슷한 특성을 가지고 있습니다.

왜 JAVA를 사용하면서, JVM이 아닌 DVM을 사용할까?

1. 라이선스 문제
2. 모바일 환경에 대한 최적화 : 배터리, 컴퓨팅 파워, 메모리의 제약 문제

4️⃣ ART 이란 ?

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Android 4.4 (API 19)에서 처음으로 등장, 도입 (DVM과 선택적 사용)

Android 5.0 (API 21) 이후, 기본 런타임으로 지정

Android 7.0 이후로는 AOT + JIT

AOT

• 설치 시점에 이미 컴파일을 완료하여 기계어로 해석을 끝냄
• 실행시에는 해석 과정이 없이 곧바로 기계어로 실행

5️⃣ DVM vs ART

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Dalvik용으로 개발된 앱은 ART로 실행 시에도 작동해야 합니다. 그러나 Dalvik에서 작동하는 기술 중 일부는 ART에서 작동하지 않습니다.

각 컴파일 방식의 특징 비교해보자

DVM : JIT (Just In Time)

• 앱 실행 시 컴파일
• 설치 시 컴파일을 하지 않기 때문에 AOT보다 설치 속도 빠름
• 실행 시 컴파일을 하기 때문에 AOT에 비해 실행 속도 느림
• 용량 작음

ART : AOT (Ahead Of Time)

• 앱 설치 시 컴파일
• 설치 시 컴파일을 완료하기 때문에 JIT에 비해 설치 속도 느림
• 실행 시 컴파일을 하지 않기 때문에 JIT에 비해 실행 속도 빠름
• 용량 큼 (JIT에서 실행 시 컴파일하는 것을 미리 컴파일하여 가지고 있기 때문

6️⃣ JVM vs DVM vs ART

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JVM : 가상머신

DVM : 가상머신

ART : 라이브러리

why? ART 핵심이자 동작과정 :: 컴파일, 인터프리팅 과정이 없기 때문에

• 구글 I/O 2016의 발표에 따른 추가 사항

안드로이드 N에서는 ART 에 JIT 컴파일러도 추가 된다고 합니다.

프로필 가이드 방식의 JIT/AOT 컴파일Android N에서 코드 프로파일링을 포함한 JIT(Just in Time) 컴파일러를 ART에 추가했으며, 실행 시에 Android 앱의 성능이 계속해서 향상됩니다. JIT 컴파일러는 ART의 현재 AOT(Ahead of Time) 컴파일러를 보완하고 런타임 성능을 개선하며, 저장 공간을 절약하고, 앱 업데이트 및 시스템 업데이트 속도를 빠르게 해줍니다.프로필 가이드 방식의 컴파일을 통해 ART는 실제 사용량과 기기의 조건에 따라 각 앱의 AOT/JIT 컴파일을 관리할 수 있습니다. 예를 들어, ART는 최적의 성능을 위해 각 앱의 핫 메서드에 대한 프로필을 유지관리하고 이들 메서드를 프리컴파일하고 캐싱할 수 있습니다. 이 경우 앱의 다른 부분들은 실제로 사용될 때까지 컴파일하지 않고 남겨둡니다. 프로필 가이드 방식의 컴파일은 앱의 주요 부분들에서 성능을 개선할 뿐만 아니라 관련 바이너리를 비롯한 앱 전체의 RAM 공간을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이 기능은 저용량 메모리 기기에 특히 중요합니다.ART는 기기 배터리에 미치는 영향이 최소화되는 방식으로 프로필 가이드 방식의 컴파일을 관리합니다. ART는 기기가 유휴 상태이고 충전 중일 때만 프리컴파일을 수행하며, 해당 작업을 미리 수행하여 시간과 배터리를 절약합니다