Java Tutorial and Overview

최선완
경기도 안양시 만안구 안양 5동 708-113
안양대학교 정보통신공학과
E-mail : sunchoi@aycc.anyang.ac.kr
URL : http://ice.anyang.ac.kr/~sunchoi/
Abstract:
Java는 객체지향언어이며, 플랫폼에 종속되지 않는 가상머신을 지원한다. 또한 네트웍으로 부터 코드를 다운로드 받을 수 있는 mobile 코드를 지원할 수 있다. 본 내용은 일반적인 Java의 개념과 특성, 그리고 구현 환경에 대해서 설명한다. 이와 함께 Java를 다른 각도에서 살펴본다.
Keywords:
Java, Virtual Machine, Mobile Code, Applet

1. 서론

"Java 프로그래밍 개발 환경(programming language environment)"을 줄여서 "Java"라 한다. Java는 C 또는 C++와 같은 일종의 프로그래밍 언어이며 에니메이션, 네트워크, 게임등 모든 응용 프로그램을 개발하기 위한 일종의 도구이다. Java의 가장 큰 특징은 Java로 작성된 모든 프로그램은 어떤 환경에 종속되지 않고 실행될 수 있는 "바이트코드(bytecode)"라 불리는 가상머신(virtual machine) 개념을 도입했다는 것이다. 물론 Java 언어 그 자체에 대한 장점도 있으나 차후에 설명하도록 한다.

1.1 바이트코드(Bytecode)와 Java 흐름도

어떤 프로그래밍 언어로 작성된 프로그램은 일단 컴파일 과정을 거쳐서 목적 코드(object code)를 생성하게 된다. 일반적으로 이때 생성된 목적 코드는 특정 기종에 종속된다. 웹 브라우저인 네트스케이프의 경우만 보아도 Sun의 Solaris 2.x.x, Sun OS 4.x.x 와 같이 동일한 Sun 플랫폼에도 불구하고 운영체제의 차이에 따라 새롭게 개발하여야 한다. 그러나, Java 개발 환경에서는 컴파일 과정후에 생성된 목적 코드가 모든 환경에 적용될 수 있도록 코드를 생성하는데 이를 "바이트코드"라 한다. 따라서, Java 환경은 Java 언어로 부터 바이트코드를 매핑하는 Java 가상머신(Virtual Machine)과 인스트럭션 집합을 정의하고 있다. 이러한 바이트코드 개념은 결국 "이동성 코드(mobile code)"의 개념이며, Java로 작성된 프로그램은 누가 어디서 어떤 환경에서 개발하거나 관계없이 수행될 수 있는 개념이다. 즉, Java를 이용하면 각 기종(PC, 워크스테이션, 매킨토시등)과 운영체제(Windows95, SunOS, Solaris, MacOS등)에 대한 별도의 소프트웨어를 제공하지 않아도 된다. 따라서, 새로운 프로그램을 개발할때 이식성(portability)에 따른 개발노력의 단축뿐만 아니라 소프트웨어의 확산이 가히 폭발적으로 증가할 것이다. 그러나 Java가 바이트코드의 시초는 아니다. 1970년대 중반 부터 1980년대 초반까지 바이트코드 형태를 체택했던 UCSD P-System은 8비트 컴퓨터에 널리 사용되었으나, 그 처리능력의 한계로 제한될 수 밖에 없었다. 현재는 바이트코드 형태로 소프트웨어를 처리하고 배포하는데 충분한 컴퓨팅(네트워크 포함) 환경을 제공하고

그림 1. 바이트코드 생성과정

있다. 그림 1.은 바이트코드 생성과정을 보여준다.

Java로 작성된 원천코드의 화일명은 확장자 .java가 항상 붙는다. Java 컴파일러에 의해 컴파일된 바이트코드의 화일명은 확장자 .class가 붙는다. 즉, 바이트코드는 객체지향 언어에서 부르는 한개의 클래스임을 나타낸다. C 개발 환경에서 C 컴파일러가 C 언어로 개발되었듯이 Java 컴파일러 또한 Java를 이용하여 개발되었다.

1.2 애플릿(applet)

애플릿은 이동성 코드의 결정판이다. 애플릿이라 함은 "HTML 내에서 작성된 Java 프로그램 또는 Java를 처리할 수 있는 웹 브라우저내에서 수행되도록 작성된 Java 프로그램" 으로 정의한다. 즉, 브라우저에서 웹을 검색할때 HTML 내에서 <applet> 이라는 tag를 만나면 이때부터가 Java 프로그램임을 의미하며 </applet>은 그 끝을 의미한다. 이때 애플릿은 서버에서 이미 컴파일되어 바이트코드로 생성되어 있는 상태로서 그 바이트코드는 웹 서버로 부터 브라우저로 다운로딩되고 브라우저는 그 바이트코드를 해석한다. 따라서, 브라우저 사용자는 자신이 특정 프로그램에 대한 코드를 갖지 않고도 즉시 원하는 프로그램을 수행할 수 있는 획기적인 개념인 것이다. 이것은 결국 바이트코드가 제공하는 코드의 중립성(neutral) 때문에 가능하다. 그림 2.는 애플릿이 브라우저(클라이언트)에서 수행되는 과정을 보여주며 런-타임에 발생함을 알 수 있다.

그림 2. 애플릿 수행 과정과 Java 환경

"클래스 로더"는 웹 브라우저와 서버가 같은 시스템에 있으면 로칼 화일시스템으로 부터 바이트코드를 로딩하고 다른 시스템에 있으면 네트워크를 통해서 다운로딩한다. "바이트코드 검증기(verifier)"는 로딩된 바이트코드의 구문이 맞는가를 검사한다. 바이트코드는 여러 Java 컴파일러에 따라 다른 결과를 생성할 수 있으므로 잘못된 컴파일 과정을 검사하는 것이다. 검증이 끝날때 까지 "인터프리터"에게 바이트코드는 전달되지 않는다. 그 인터프리터는 바이트코드를 해석하면서 즉시 수행한다. 이때 하드웨어 종속된 기능이 요구되며 런-타임 시스템이 그 작업을 수행한다. 런-타임 시스템은 POSIX-C와 일치하는 ANSI C 언어로 작성된다.

1.3 애플릿과 네트워크 컴퓨터

브라우저를 통한 웹의 검색은 정적인 클라이언트/서버 모델이다. 서버에서 제공하는 URL을 통해서 자료 검색등을 수행하고 많은 기능들이 클라이언트(브라우저)에서 외부 뷰어를 갖추고 있어야 한다. 그러나 애플릿은 그 코드가 서버에서 다운로딩되므로 클라이언트(브라우저)는 단지 인터프리터만 있으면 모든 Java 프로그램을 수행시킬수 있다. 이 개념은 최근에 관심 대상이 되고 있는 네트워크 컴퓨터의 개념과 같다. 즉, 네트워크 컴퓨터는 애플릿 뿐만 아니라 운영체제, 통신등 모든 코드를 서버로 부터 항상 다운로딩한 코드를 이용하기 때문에 클라이언트에 프로그램이 없어도 되는 무구현(no implementation) 개념이다. 그림 3은 Java 구조이다.

그림 3. Java 구조

2. Java 개요

1장에서는 Java의 중요한 특징인 바이트코드와 애플릿에 대한 개념을 살펴 보았다. 본 장에서는 Java의 특성을 기술한다.

2.1 Java의 역사: 숨겨진 이야기

Java를 이해하기 위해서 먼저 그 탄생 배경을 살펴본다. 아무리 뛰어난 연구도 그 시대의 정치, 경제, 기술적인 상황과 일치할때 비로소 빛을 보게된다. Java의 최근 관심도 결국 웹의 폭발적인 확산이 없었다면 사장될 뻔한 시대를 앞서는 개념이었다. 특히, Java의 숨겨진 이야기는 우리의 개발 환경 현실을 다시금 돌아보게 한다. Java는 1990년 선 마이크로시스템즈(사)의 James Gosling에 의해서 시작되었고 가정용 전자제품(1991년)과 쌍방향 TV(1993년)에 이를 적용하였다. 그러나 그 기술의 우월성에도 불구하고 실패할 뻔 한 프로젝트였으나 네트스케이프에서 Java를 수용함으로써 빛을 보고 있는 셈이다. James Gosling은 IBM에서 1984년 Sun으로 옮겼고 NeWS 윈도우 시스템과 EMACS 에디터 프로젝트에 참여하였다. 1990년 초에 Sun은 고가이면서 많은 power를 필요로 하는 워크스테이션 시장보다는 가전제품 시장에 참여하기를 바랬다. 따라서 가정용 가전제품을 보다 신뢰성있고, 저렴하고, 표준화되고, 단순하고, 실시간이고, 개발하기 쉬운 환경을 위한 Green 프로젝트에 James Gosling이 참여하게 되었다. 가전제품은 흑백과 컬러 TV의 backward compatibility가 보장되고 긴 수명을 갖는 특성을 갖는다. 1991년 중반, Green 프로젝트에서는 어떠한 플랫폼에도 종속되지 않는 개발 환경을 위해서 C++를 확장하였으나 충분치 않아 가전제품의 대규모, 분산, 이종의 네트워크 환경에 적합한 "Oak"를 개발하였다. 1992년 가을에 Sun의 Open Window's 프로젝트 책임자이던 Patrick Naughton을 책임자로 Oak, Green OS, 사용자 인터페이스, 하드웨어에 대한 관점에서 리모트 콘트롤 한개로 모든 가전 제품을 조작할수 있는 "*7"이라는 하드웨어 디바이스를 만들기 위해서 약 75명의 연구원이 투입되었다. 1993년 초에 타임 워너(사)로 부터 셋톱 박스 운영체제와 VOD 기술에 대한 제안을 받고 Sun은 FirstPerson Inc.를 설립하였으나 SGI의 로비로 프로젝트를 받지 못해 1994년초에 대부분이 Sun Interactive의 디지탈 비디오 데이터 서버 개발 팀에 합류하였고 나머지는 쌍방향 TV에 대한 연구를 계속하였으나 시장이 성숙되지 않았다. 한편 그 일부는 계속 Oak를 이용한 연구를 진행하였는데 1993년 등장한 Mosaic 과 1994년 네트스케이프의 폭발적 증가로 방향을 선회하여 웹을 목표로 "Liveoak" 프로젝트를 시작해서 Oak를 이용한 웹 브라우저인 WebRunner(후에 HotJava로 불림)를 1994 년 가을 첫번째 데모를 가졌다. 이 과정에서 Oak라는 이름은 버리고 James Gosling과 Arthur van Hoff는 Java와 Java compiler를 개발하였고 Sun은 1995년 5월 SunWorld '95에서 공식으로 Java와 HotJava를 발표하였다. Java는 최초 알파 버젼으로 출발하여 1996년 현재 정식으로 자바개발환경(JDK1.0.2, Java Developers Toolkit)을 발표하였다. HotJava는 Java로 작성된 웹 브라우저로서 알파 버젼으로 개발되었으며 현재 HotJava 프리베타 버젼을 발표했다.

2.2 Java의 특성

Java의 기본 모델은 C++이며 기존의 Effel, SmallTalk, Objective C, Cedar/Mesa로 부터 많은 아이디어를 얻었으며 그 결과 네트워크 장치로 부터 웹, 데스크 톱에 이르는 다양한 환경에서 적용할 수 있으며 그 목적은 1) 단순하고(simple) 친숙하며(familiar), 2) 객체지향 (object-oriented) 언어이고, 3) 시스템에 독립적이고(architecture neutral, portable, robust), 4) 인터프리트 형이고(interpreted) 동적이며(dynamic), 5) 안전성을 보장하고(secure), 6) 멀티스레드를 지원하고(multithread), 7) 다른 언어와 비교하여 고성능이다(high performance).

2.2.1 단순성(simple)과 친숙성(familiar)

Java에서는 기존의 C를 배우는 노력과 C++와 같은 객체지향언어에 거의 사용되지 않거나 혼동스럽거나, 이해하기 어려운 부분은 생략하였다. 또한 기존의 C와 C++와 유사하기 때문에 쉽게 이용할 수 있다. Java 언어는 일반 언어와 마찬가지로 주석(//, /* */, //* */), 프리미티브 데이터 타잎(integer, floting point, character, boolean, string), 수치와 관계형 연산자( ++, --, !, ~, *, /, %, +, -, <<, >>, >>>, <>, <=, >=, ==, !=, &, |, &&, ||, =, *=, +=, -=, /=, %=), 배열([]), multi-level break(if else, switch, for, while, do while, break, continue, try-catch)를 제공한다. 특히, C와 C++에서는 메모리를 할당 받거나(memory allocation) 해제할때(release) 직접 구현자가 프로그램에 명확히 작성해야 하지만 Java에서는 자동적인 메모리 관리를 수행한다. 즉, C에서의 malloc과 free와 같은 함수를 이용할 필요가 없다. 이러한 메모리의 처리(garbage collection)는 사용자가 쉬고 있는(idle) 상태에서 수행하므로 그 효과가 크다. C 와 C++에서 제거된 Java의 기능들은 다음과 같다:

2.2.2 객체지향(object-oriented)

객체지향에 대한 개념은 다양한 분야에서 사용되고 있으므로 자세한 내용은 생략한다. "클래스"는 "데이터"와 그 데이터상의 "동작(operation)"을 포함한 데이터 타잎을 말한다. 여기서 동작은 함수(function)를 가리킨다. "객체"란 클래스가 구체화된 경우, 즉 인스턴스를 말한다. "메쏘드(method)"는 클래스의 함수(function)/동작(operation)/행위(behavior)을 가리킨다. 클래스는 상위 클래스(superclass)로 부터 상태(state)와 행위를 상속받으며 이것은 프로그래밍을 구조화는데 매우 강력한 수단을 제공한다. 따라서, 모든 클래스는 어떤 클래스로 부터 그 특성을 부여받고 이를 이용하는데 이를 클래스 계층구조로서 나타내게 된다. 그림 4는 C로 작성된 프로그램과 객체형태로 작성된 프로그램을 보여준다. 

          struct t1 {                       // DATA
              int id;                        int id;
              char keydata[100];             char keydata[100];
          };
                                             // METHOD 
          load_record(struct t1 *r);         load();
          store_record(struct t1 *r);        store();
          print_record(struct t1 *r);        print();

                  객체 전                     객체 후

                        그림 4. 객체의 한 예

객체지향 설계는 인터페이스의 명확한 정의와 소프트웨어의 재사용을 제공한다. 특히 분산 클라이언트-서버 모델에 아주 적합한 모델이다. 즉, 어디선가 생성된 객체는 네트워크를 통해서 전달되고 어디선가 저장되어 있다가 작업시에 추출하여 이용하게 된다. Java 에서의 객체지향 기능들은 Eiffel, SmallTalk, Objective C, C++의 장점을 이용하였다. 특히, C++로 부터 객체 모델을 확장하였고 앞장에서 기술한 많은 기능들은 제거하였다. Java 에서 제공하는 객체지향은 최소한 다음 4가지 특성을 지원한다.

2.2.3 중립성(architecture neutral), 이식성(portable), 견고성(robust)

네트워크의 폭발적인 증가는 컴퓨터에서 수행되는 응용 또는 응용 일부가 다양한 컴퓨터 시스템, 다양한 하드웨어 구조, 다양한 운영체제, 다양한 윈도우 시스템에 쉽게 이식되기를 요구한다. 그러나, 기존의 방법은 특정 목적 시스템에 종속된 소프트웨어를 개발하고 그 이진코드(binary code)들을 배포하였으므로 자신의 기종에 맞는 소프트웨어가 나올 때까지 기다려야만 하였다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이 특정 시스템에 종속되지 않는 이진코드 형식이며 이를 "기종 중립(architecture neutral)"이라 한다. 이를 해결한 것이 바이트코드이다. Java 컴파일러는 특정 머신코드를 생성하지 않고 상위 단계의 일종의 가상의 머신 독립적인 코드인 바이트코드를 생성한다. 인터프리트된 바이트코드 방법의 큰 장점은 컴파일된 Java 프로그램이 Java 인터프리터와 런-타임 시스템이 구현된 어떤 시스템에도 이식(portable)될 수 있다는 것이다. 기존의 C 와 C++로 프로그래밍을 할때 프로그래머는 시스템에 종속적인 사항에 대하여 별도의 구현을 요구한다. Java에서는 모든 플랫폼마다 데이터 타잎을 새롭게 적용하는 것을 제거하기 위하여 다음과 같이 모든 프리미티브 데이터 타잎과 그 행위를 정의하고 있으며 모든 Java 구현에 표준이다. 
     byte        8-bit 이진보수
     short       16-bit 이진보수
     int         32-bit 이진보수
     long        64-bit 이진보수
     float        32-bit IEEE 754 부동점
     double      64-bit IEEE 754 부동점
     char        16-bit Unicode 문자
Java는 견고한(robust) 언어이다. Java는 C와 같은 묵시적(implicit)인 타잎 선언을 허용하지 않는 강력한 타잎 언어이다. 따라서, 컴파일 시간에 대부분의 타잎 에러를 발견하여 실행시간(run-time)에 발생하는 에러를 최소화한다. C/C++와 Java의 큰 차이는 Java에서는 포인터 방식 대신에 배열(array)만을 갖기 때문에 포인터에 의해 메모리가 중복되고 데이터가 깨지는 가능성을 제거한다.

2.2.4 인터프리트되고( interpreted) 와 동적임(dynamic)

기존의 소프트웨어 개발주기(life-cycle)는 에디트-컴파일-링크-로드-런 과정을 거치며 컴파일 시간에 모든 에러를 찾지 못했다. Java환경에서는 모든 하드웨어와 운영체제에서 Java 인터프리터를 요구하지만 한번 그 Java 인터프리터와 런-타임 시스템을 갖추면 모든 Java 프로그램을 실행시킬 수 있다. Java에서 링크는 새로운 클래스를 로딩하는 과정을 의미한다. Java의 이식성과 인터프리트되는 특성은 매우 동적인 시스템을 제공한다. 클래스는 요구하는 싯점에 네트워크로 부터 다운로딩되어 링크될 수도 있다. Java의 또 한가지 특징은 C++와 달리 수퍼-클래스 문제가 발생하지 않는다. C++에서는 클래스에 새로운 메쏘드 (method)와 인스턴스(instance)를 추가하면 그 클래스를 참조한 모든 클래스는 다시 재컴파일을 요구하지만 Java는 클래스 바인딩을 런-타임에 수행한다. 또한 Java는 컴파일시에 객체의 저장소 배치(storage layout)를 결정하지 않고 런-타임시에 인터프리터가 결정한다.

2.2.5 안전성(security)

Java에서의 안전성은 일반 암호화와는 구별된다. Java에서는 Java 컴파일러와 런-타임 시스템이 잘못된 코드를 생성하는 응용 프로그래머를 어떻게 제한할 것인가의 관점에서 안전성을 추구한다. 첫번째 방법은 앞에서 기술한 바와 같이 메모리 할당을 런-타임에 실행하고 포인터를 사용하지 않음으로써 컴파일 타임에 생성된 바이트코드가 메모리를 파괴하는 것을 막을 수 있다. 두번째는 "바이트코드 검증기"를 이용하여 잘못된 바이트코드가 수행되기 전에 발견하는 방법이다. 세번째는 "클래스 로더"가 바이트코드를 로칼 화일시스템과 각 네트워크로 부터 로딩할때 발생하게 될 클래스(바이트코드)의 중복을 방지 할 수 있는 이름영역(name space)을 두는 방법이다. 네번째는 네트워킹에 따른 문제이다. 즉, 브라우저와 서버가 다른 시스템에 있는 경우에 애플릿(applet)은 서버로 부터 네트워크를 통해서 브라우저로 다운로딩되는데 이때 애플릿이 클라이언트 시스템을 파괴할 수 없도록 제약을 둔다.

클래스 로더

바이트코드 검증기

브라우져와 안전성

결국 Java에서 안전성을 보장한다는 의미는 언어 자체가 완전한 타잎 정의를 요구하여 컴파일 과정에 명확한 바이트코드를 생성함으로써 잘못된 코드가 생성되는 것을 크게 줄일수 있다는 것이다. 또한 바이트코드 검증기가 다시 바이트코드를 검사하기 때문에 완전한 안전성을 보장한다.

2.2.6 멀티스레드(multithread) 지원

"스레드"란 "한 프로세스내에서 독립적인 제어가 가능한 흐름"이라고 정의한다. 보통 execution context 또는 lightweight 프로세스라 한다. 이런 문구상의 정의에도 불구하고 한개의 스레드로 구성된 프로세스에서 스레드와 프로세스의 차이는 없다. 단지 멀티스레드에서는 스레드들간에 메모리를 공유한다는 차이는 있다. 멀티스레드는 프로세스간 통신이 보다 쉽고 특정 코드를 공유함으로써 부하를 줄이는 lightweight 프로세스를 지원한다. Java 또한 이러한 멀티스레드 기능을 지원함으로써 서버로 부터 데이터를 다운로딩하면서 페이지를 넘기는 도중에 음악을 듣고 에니메이션을 수행하는 대화형 그래픽 응용 프로그램을 효과적으로 개발할 수 있다. Java 스레드는 java.lang 패키지의 일부인 Thread 클래스를 구현한 것이다. 이 Thread 클래스는 시스템 독립적인 Java 스레드를 구현한 것이며 실제로의 동작은 시스템에 종속된다. Java에서 새로운 스레드를 생성하기 위해서 "new Thread()"를 호출한다. Java는 멀티스레드를 위한 스레드의 관리, 우선순위 책정(MIN_PRIORITY와 MAX_PRIORITY 사이), 동기화를 위한 클래스와 메쏘드를 제공하며 중요한 메쏘드들은 다음과 같다. 그림 5는 Java 스레드의 상태천이도이다. "New Thread" 상태는 시스템 자원을 할당받지 못한 빈 Thread 객체를 의미한다. 그 Thread 객체는 start() 메쏘드에 의해 시스템 자원을 할당받고 실행되도록 스케쥴링된다. 이때 start() 메쏘드는 run() 메쏘드를 호출한다. 특기할 사항은 스레드가 "Running"이 아닌 "Runnable" 상태로 간다는 것이다. Runnable의 의미는 스레드가 생성되고 시작되어도 실제로 한개의 CPU를 갖는 환경에서는 즉시 그 CPU를 할당받지 못하여 기다리고 있는 상태를 의미한다. 스레드는 suspend() 메쏘드, sleep() 메쏘드, wait() 메쏘드, I/O 블럭킹중의 한가지 경우에 "Not Runnable" 상태로 간다. Runnable 상태로의 복귀는 resume() 메쏘드 또는 조건변수들의 상태를 알리는 notify()/notyfyAll() 메쏘드, 또는 I/O가 해제된 경우에 발생한다. 만일 스레드의 현재 상태를 알기 위해서는 isAlive() 메쏘드를 이용하며 New Thread와 Dead인 경우에는 "false" 값이 Runnable과 Not Runnable인 경우에는 "true" 값이 리턴된다.

그림 5. Java 스레드의 상태천이도

2.2.7 고성능(high performance)

Java 개발환경의 큰 특징은 코드가 매우 작다는 것이다. 인터프리터와 클래스의 크기가 약 40K 바이트면 충분하고 마이크로 커널에서 이미 지원하는 기타 라이브러리와 스레드를 위해서 추가적으로 175K 바이트만이 요구된다. 특히, 바이트코드 양식이 매우 단순하여 처리하기가 쉽다.

2.3 Java Application Programming Interface(API)

Java로 작성된 모든 프로그램은 특정 클래스를 생성한다. Java는 프로그래머에게 다양한 클래스를 제공하는데 이 클래스들과 인터페이스들이 모여서 특정 패키지가 된다. Java API는 패키지(pacakge)에 대한 프로그래밍 인터페이스를 말한다. 그림 6은 한 패키지를 구성하는 계층도를 보여준다.

그림 6. 패키지 계층도

Java API는 Core 라이브러리와 Standard Extension 라이브러리로 분류된다.

현재 다음과 같은 Java API가 정의되어 있다.

2.3.1 JDK 1.0.2 API

JDK 1.0.2는 클래스들의 특성에 따라 다음 8 종류의 API 패키지(바인더 3권 분량)를 제공한다. Core API이다.

2.3.2 JDK 1.1 API(Preview)

JDK 1.1 API는 Java Developments Kit의 다음 버젼으로 JDK 1.0.2보다 기능, 성능, 그리고 질적으로 확장된 버젼이다. JAR 화일, 국제화, 암호화, AWT 확장, 네트웍 기능 확장, RMI(Remote Method Invocation), Object Serialization, Reflection, JDBC(Java Database Connectivity), 새로운 native method, 성능 향상, 기타 Byte, Short, Void 클래스 추가, 문서상의 주석을 위한 @deprecated tag 등이 제공된다. Core API 이다.

2.3.3 Java Enterprise API

Java Enterprise API는 데이터 베이스와 기타 응용에 접속할 수 있도록 한다. 이들 API와 함께, 개발자들은 기업체내의 어떤 운영체제 또는 하드웨어 플랫폼에서 실행되는 Java로 된 분산 클라이언트/서버 애플릿 또는 응용을 구축한다. 현재 JDBC, Java IDL, Java RMI가 있다.

2.3.4 Java Server API

Java Server API는 Java를 이용한 인터넷 또는 인트라넷 서버를 구축하기 위한 프레임웍을 제공한다. 즉, API는 개발자가 Java 'servlets(사용자가 네트웍 또는 서버를 실행시키기 위해서 upload하는 실행 프로그램)을 빨리 개발하기 위해서 요구되는 서버와 관리 시스템 자원으로의 일정하고 고유한 접근 방법을 제공한다. Standard Extension API 이다.

2.3.5 Java Security API

Java Security API는 개발자들이 쉽고 안전하게 애플릿과 응용에 암호화 기능을 포함하도록 하는 프레임웍이다. Digital signature, encryption, authentication 기능을 포함한다. 아직 API는 제공되지 않는다.

2.3.6 Java Beans API

Java Beans API는 소프트웨어 콤포넌트를 위한 포터블 API를 제공한다. 즉, Java Bean 콤포넌트는 MS의 OLE/COM/Active-X, OpenDoc, 넷스케이프의 LiveConnect와 같은 기존 콤포넌트 구조에 plug 될 수 있다.

2.3.7 Java Commerce API

Java Commerce API는 웹상에 구매와 재정에 관한 API를 제공한다. 초기 콤포넌트는 JavaWallet 이다. JavaWallet은 신용 카드, 전자 화폐 트랜잭션을 위한 클라이언트측의 프레임웍을 정의하고 구현한다. Core/Standard Extension API 이다.

2.3.8 Java Management API

Java Management API는 인터넷상에 enterprise network을 관리할 수 있는 애플릿을 구축하기 위한 java 객체와 메쏘드를 제공한다. SunSoft를 비롯 19개의 회사가 참여하였다. Standard Extension API이다.

2.3.9 Java Media API

개발자와 사용자가 웹상에서 다양한 미디어를 쉽게 이용할 수 있도록 한다.

2.3.10 Java Embedded API

아직은 완성되지 않았다. Java API가 어떻게 embedded device에 적용될 것인가를 명시한다. 이것은 java.lang, java.util, 그리고 java.io의 일부에 근거하여 최소 embedded API 를 포함한다.

3. Java 개발환경(JDK: The Java Developers Kit)

Java 프로그래밍을 위한 최근 환경은 JDK1.0.2 이다. JDK에서 제공하는 도구를 사용하기 위해서는 먼저 환경을 지정해야 한다. 첫째로 JDK에서 제공하는 API 클래스들이 있는 디렉토리(path)를 "setenv CLASSPATH pathname:pathname:.."로 지정해야 한다. Java 인터프리터는 바이트코드를 처리하면서 필요한 클래스들을 지정된 path로 부터 찾는다. 또한 독자적으로 개발된 클래스에 대해서도 위치한 데릭토리의 path를 지정하면 인터프리터는 지정된 순서대로 찾는다. JDK1.0.2에서 Java 프로그래밍을 위한 도구들은 다음과 같다.

3.1 Java 프로그래밍

Java 프로그램은 Java 응용(application)과 Java 애플릿으로 구분된다. Java 응용은 독자적인 Java 프로그램으로 main()이 있다. 애플릿은 HTML내에서 작성된 Java 프로그램으로 main()이 없다. 간단한 Java 응용과 애플릿의 예로서 "HelloWorld" 클래스가 주로 사용된다.

3.1.1 Java 응용: HelloWorld 

         // HelloWorld.java
         class HelloWorld
         {
              public static void main(String args[])
             {
                 Systems.out.println("Hello World");
             }
         }
HelloWorld 클래스를 HelloWorld.java 화일에 구현하여 저장한 Java 응용의 예이다. 이때 클래스 이름과 화일 이름이 같을 필요는 없다. Java 인터프리터(java)는 단지 클래스 이름을 이용하여 수행한다. "//"는 주석을 나타낸다. HelloWorld 클래스는 main() 메쏘드를 포함한다. C언어와 같이 그 main() 메쏘드는 프로그램이 시작되는 지점이다. 이때 main() 메쏘드는 public 이라는 접근 수단을 제공하는데 누구나(어디서나) 호출할 수 있다는 의미이다. 만일 protected로 선언되면 subclass에 의해서 호출될 수 있고 private는 그 클래스만이 호출할 수 있다. 또한 C와 같이 void는 리턴값이 없음을 나타낸다. 명령어상의 인자(argument)는 main() 메쏘드에게 args라는 스트링 배열로 전달된다. 이 화일를 컴파일하면 HelloWorld.class 화일이 생성된다. 명령어 "java HelloWorld"에 의해 HelloWorld.class의 바이트코드가 해석되고 처리된다. C 언어인 경우에 라인상의 커맨드의 인자args[0]은 "java"이고 args[1]은 "HelloWorld"가 main에 전달되지만 Java에서는 "java HelloWorld test"인 경우에 args[0]은 "test"를 의미한다. System.out.println은 Java API 중에서 java.lang 패키지내에 system 클래스의 한가지로서 C에서의 printf과 같은 의미를 같는다. 따라서 본 Java 응용의 결과는 "Hello World"가 화면에 나타난다.

3.1.2 HelloWorldApplet: Java 애플릿

아래 예는HTML 내에서 HelloWorldApplet 클래스를 포함한 Java 애플릿의 예이다. Java 애플릿이 수행되기 위해서는 먼저 Java 원천코드인 HelloWorldApplet.java 화일을 컴파일해야 한다. 다음에 그 애플릿을 포함한 HTML 화일을 만들어야 한다. 웹 브라우저가 HTML 화일에서 <APPLET> 태그을 만나면 애플릿의 시작임을 안다. "codebase"는 애플릿이 어디에 있는가를 나타내는데 디폴트 path는 "setenv CLASSPATH"에 정의된 디렉토리이다. 여기서는 디폴트 디레토리 아래에 있는 classes 디렉토리에 있다는 의미이다. "code"는 찾을 클래스 화일 이름을 가리킨다. HelloWorld.class 화일을 찾으면 그 바이트코드는 네트워크를 통해서 또는 로칼 화일시스템으로 부터 브라우저에게 로딩된다. 이때 브라우저내에서 애플릿이 수행될 영역을 "width"와 "height"로서 지정해야 한다. 또한 파라미터를 애플릿에 전달할 수가 있는데 "paramname"에 이름을 명시하고 "value"에 그 값을 명시한다. 즉, 애플릿이 수행중에 "Howdy there!"가 애플릿에 전달된다. 다음은 HelloWorldApplet 클래스의 예이다.
<HTML> <HEAD> <TITLE> Hello World </TITLE> </HEAD> <BODY> This is the applet: <APPLET codebase="classes" code="HelloWorldApplet.class" width=200 height=200> <paramname =message value="Howdy there!"> </APPLET> </BODY> </HTML>
위의 HTML 화일에서 기술한 "HelloWorldApplet.class"는 다음과 같다. 

         // HelloWorldApplet.java 
         import java.applet.Applet
         import java.awt.Graphics
         public class HelloWorldApplet extends Applet {
         String input_from_Page;
         public void init() {
               System.out.println("initializing..");
               input_from_Page=getParameter("String");
         }
         public void start() {
               System.out.println("starting...");
         }
         public void stop() {
               System.out.println("stopping..");
         }
         publci void destroy() {
               System.out.println("preparing for unloading...");
         }
         public void paint(Graphics g) {
               g.drawString("Hello world!", 50, 25);
         }
     }
"HelloWorldApplet.java"의 두번째 줄에 "import"는 관련 패키지의 클래스들을 HelloWorldApplet 클래스에서 이용한다는 의미이다. 따라서 "public ..... extends Applet"은 HelloWorld 클래스가 Applet 클래스의 특성을 상속받겠다는 뜻이다. 다른 방법으로는 "import java.applet. Applet"을 정의하지 않는 대신 "public class ... extends java.applet.Applet"으로 사용해도 무방하다. 다음은 스레드에서 설명한 메쏘드들이 이용되는데 우리가 브라우저에서 애플릿을 만난 경우를 보자. 다음 3단계를 거치게 될 것이다. "input_from_Page=getParameter("String");" 문은 의 HTML 문서내의 애플릿내에서 에 따라 전달된 스트링 "Howdy there!"를 읽어들이는 getParameter() 메쏘드의 예이다. paint() 메쏘드는 "java.awt.Graphics" 클래스의 한 메쏘드로서 브라우저에서 애플릿을 표현하는 기본적인 디스플레이 메쏘드이다. "g.drawString("Hello world!", 50, 25);" 은 스트링 "Hello world"를 x 좌표 50, y 좌표 25에 그리라는 메쏘드이다.

3.2 Native 메쏘드

Java 환경에서 메쏘드를 다른 프로그램으로 구현할 수 있으며 이를 "native 메쏘드"라 한 다. 그 순서는 다음과 같은 7단계를 거친다. 단계 1: Java 코드를 작성한다: 아래와 같이 HelloWorld라는 Java 클래스를 만들고 그 클 래스에서 "displayHelloWorld()"라는 native 메쏘드를 선언한다. 
         // HelloWorld.java
          class HelloWorld {
            public native void displayHelloWorld();
            static {
             System.loadLibrary("hello");
            }
          }
또한 다음과 같이 HelloWorld 객체를 생성하는 메인 프로그램을 만들고 그 native 메쏘드를 호출한다. 
          // Main.java
          class Main {
            public static void main(String args[] ) {
             new HelloWorld().displayHelloWorld();
            }
          }
단계 2: Java 프로그램을 컴파일한다: javac HelloWorld.java; javac Main.java

단계 3: HelloWorld Java 클래스로 부터 C 헤더화일을 생성한다: javah HelloWorld. 생성된 화일 이름은 "HelloWorld.h" 이다. 그 헤더화일은 HelloWorld 클래스를 나타내는 구조를 정의하고, 또한 그 클래스에서 정의한 native 메쏘드displayHelloWorld()의 구현에 대한 C 함수정의(function definition)를 제공한다.

단계 4: 스터브(stub) 화일을 생성한다: javah -stubs HelloWorld. 스터브 화일은 Java 클래스와 그 클래스의 병렬 C 구조를 포함하며 화일 이름은 "HelloWorld.c" 이다.

단계 5: Native 메쏘드 HelloWorld_displayHelloWorld()에 대한 C 프로그램을 작성한다. 본 예에서는 화일 이름을 "HelloWorldImp.c" 이다. 

         /* HelloWorldImp.c */
          #include 
          #include "HelloWorld.h"
          #include 
          void HelloWorld_displayHelloWorld(struct Hhellowprld *this) {
            printf("Hello World!\n");
            return;
          }

단계6: 그 native 메쏘드가 라이브러리를 이용한다면 런-타임에 이 라이브러리를 로드하기 위해서 메쏘드 loadLibrary()를 작성한다.

단계 7: C 코드와 라이브러리를 컴파일한다: cc -g HelloWorld.c HelloWorldImp.c -o libhello.so

단계 8: 실행시킨다: java Main.

"Hell World!" 가 화면에 나타난다.

4. 결어

Java가 처음 나왔을때 그 관심은 대단한 것 이었다. 장점은 다음과 같다. 정점에도 불구하고 우리는 다른 관점에서 Java를 분석할 필요가 있다. Java 프로그래밍의 어려움 때문에 GUI를 이용하여 코드를 생성하는 도구들이 제공되고 있다. 또한 중간코드 문제의 성능을 향상시키 위해서 인터프리트 과정을 거치지 않고 즉시 머신코드로 바꾸는 JIT(Just In Time) compiler를 이용하는 방법이 일반화되고 있다.

참고문헌

[1] JavaSoft, Writing Java Programs.
[2] JavaSoft, The Java Language Environement, Oct. 1995.
[3] JavaSoft, The Java Language: A White Paper, 1994.
[4] JavaSoft, Java API Documentation 1.0.2.
[5] JavaSoft, The Java Virtual Machine Specification.
[6] JavaSoft, The Java Language Specification.
[7] JavaSoft, Java(tm): Java 홈 페이지(Programming for the Internet, http://java.sun.com).
[8] JavaSoft, The Java Tutorial.
[9] Netscape Communications Corporation, NETSCAPE JAVASCRIPT.
[10] M. O'Connell, "Java: The inside story," SunWorld Online, July 1995.
Last-Modified : Tuesday, 09-Dec-2014 17:26:46 UTC