(강의 내용 정리) 더 자바, 코드를 조작하는 다양한 방법

1. JVM의 이해
- 1.1.
- 1.2. JVM의 구조
  - 1.2.1. 클래스 로더
2. 바이트 코드 조작
3. Reflection
- 3.1. Reflection API
- 3.2. 정리 및 활용
4. Dinamic Proxy
- 4.1. JPA
footnotes

1. JVM의 이해

1.1.

JVM(JAVA Virtual Machine)
- 자바 가상 머신으로 자바 바이트 코드(.class 파일)를 OS에 특화된 코드로 변환(interpreter와 JIT Compiler)하여 실행한다.
- 바이트 코드를 실행하는 표준(JVM 자체는 표준)이자 구현체(특정 밴더가 구현한 JVM)다.
- JVM 스팩
- JVM 밴더: 오라클, 아마존, Azul, …
- 특정 플랫폼에 종속적
JRE(Java Runtime Environment) : JVM + Library
- 자바 애플리케이션을 실행할 수 있도록 구성된 배포판.
- JVM과 핵심 라이브러리 및 자바 런타임 환경에서 사용하는 프로퍼티 세팅이나 리소스 파일을 가지고 있다.
- 개발 관련 도구는 포함하지 않는다. (그건 JDK에서 제공)
JDK (Java Development Kit): JRE + 개발 Tool
- JRE + 개발에 필요할 Tool
- 소스 코드를 작성할 때 사용하는 자바 언어는 플랫폼에 독립적.
- 오라클은 자바 11부터는 JDK만 제공하며 JRE를 따로 제공하지 않는다.
- Write Once Run Anywhere
자바
- 프로그래밍 언어
- JDK에 들어있는 자바 컴파일러(javac)를 사용하여 바이트코드(.class 파일)로 컴파일할 수 있다.
- 자바 유료화?
  - 오라클에서 만든 Oracle JDK 11 버전부터 상용으로 사용할 때 유료
  - 참고 자료
JVM 언어
- JVM 기반으로 동작하는 프로그래밍 언어
- Kotlin, 클로저, 그루비, JRuby, Jython, Scala, …
참고)

1.2. JVM의 구조

클래스 로더 시스템
- .class 파일에서 바이트 코드를 읽고 메모리에 저장
- 로딩 : 클래스 읽어오는 과정
- 링크 : 레퍼런스를 연결하는 과정
- 초기화 : static 값들 초기화 및 변수에 할당
메모리
- 메소드 : 클래스 수준의 정보(클래스 이름, 부모 클래스 이름, 메소드, 변수 등) 저장. 공유 자원이다.
- 힙 : 객체를 저장. 공유 자원이다.
- 스택 : 쓰레드마다 런타임 스택을 만들고, 그 안에 메소드 호출을 스택 프레임이라 부르는 블록으로 쌓는다. 쓰레드가 종료되면 런타임 스택도 사라진다.
- PC(Program Counter) 레지스터 : 쓰레드마다 쓰레드 내 현재 실행할 스택 프레임을 가리키는 포인터가 생성된다.
- 네이티브 메소드 스택
실행 엔진(Execution Engine)
- 인터프리터 : 바이트 코드를 한줄씩 실행
- JIT 컴파일러 : 인터프리터 효율을 높이기 위해 인터프리터가 반복되는 코드를 발견하면 JIT 컴파일러가 반복되는 코드를 모두 네이티브 코드로 바꿔둔다. 그 다음부터 인터프리터는 네이티브 코드로 컴파일된 코드를 바로 사용한다.
- GC(Garbage Collector) : 더 이상 참조되지 않는 객체를 모아서 정리한다.
  - STW(Stop-The-World) : GC를 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 것
  - Thoroughput GC
JNI(Java Native Interface)
- 자바 애플리케이션에서 C, C++, 어셈블리로 작성된 함수를 사용할수 있는 방법을 제공
- Native 키워드를 사용한 메소드 호출
- 예제
네이티브 메소드 라이브러리
- C, C++로 작성된 라이브러리

1.2.1. 클래스 로더

클래스 로더
- 로딩, 링크, 초기화 순으로 진행된다.
- 로딩
  - 클래스 로더가 .class 파일을 읽고 그 내용에 따라 적절한 바이너리 데이터를 만들고 "메소드" 영역에 저장.
  - 이때 메소드 영역에 저장하는 데이터
    - FQCN(Fully Qualified Class Name)
    - class interface enum
    - 메소드와 변수
  - 로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 “힙" 영역에 저장.
- 링크
  - Verify, Prepare, Reolve(optional) 3단계로 나눠져 있다.
  - Verify : .class 파일 형식이 유효한지 체크한다.
  - Prepare : 클래스 변수(static 변수)와 기본값에 필요한 메모리
  - Resolve : 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체한다.
- 초기화
  - Static 변수의 값을 할당한다. (static 블럭이 있다면 이때 실행된다.)
- 클래스 로더는 계층 구조로 이뤄져 있으며 기본적으로 3가지 클래스 로더가 제공된다.
  - 부트스트랩 클래스로더 : JAVA_HOME/lib에 있는 코어 자바 API를 제공한다. 최상위 우선순위를 가진 클래스 로더
  - 플랫폼 클래스로더 : JAVA_HOME/lib/ext 폴더 또는 java.ext.dirs 시스템 변수에 해당하는 위치에 있는 클래스를 읽는다.
  - 애플리케이션 클래스로더 : 애플리케이션 classpath(애플리케이션 실행할 때 주는 -classpath 옵션 또는 java.class.path 환경 변수의 값에 해당하는 위치)에서 클래스를 읽는다.

2. 바이트 코드 조작

2.1. 코드 커버리지

코드 커버리지 : 테스트 코드가 확인한 소스 코드를 %로 나타낸 수치

jaCoCo
https://www.eclemma.org/jacoco/trunk/doc/index.html

http://www.semdesigns.com/Company/Publications/TestCoverage.pdf

  <plugin> 
      <groupId>org.jacoco</groupId> 
      <artifactId>jacoco-maven-plugin</artifactId> 
      <version>0.8.4</version> 
      <executions> 
          <execution> 
              <goals> 
                  <goal>prepare-agent</goal> 
              </goals> 
          </execution> 
          <execution> 
              <id>report</id> 
              <phase>prepare-package</phase> 
              <goals> 
                  <goal>report</goal> 
              </goals> 
          </execution> 
      </executions> 
  </plugin>

  mvn clean verify

커버리지 만족 못할 시 빌드 실패하도록 설정

  <plugin> 
      <groupId>org.jacoco</groupId> 
      <artifactId>jacoco-maven-plugin</artifactId> 
      <version>0.8.4</version> 
      <executions> 
          <execution> 
              <goals> 
                  <goal>prepare-agent</goal> 
              </goals> 
          </execution> 
          <execution> 
              <id>report</id> 
              <phase>prepare-package</phase> 
              <goals> 
                  <goal>report</goal> 
              </goals> 
          </execution> 
          <execution> 
              <id>jacoco-check</id> 
              <goals> 
                  <goal>check</goal> 
              </goals> 
              <configuration> 
                  <rules> 
                      <rule> 
                          <element>PACKAGE</element> 
                          <limits> 
                              <limit> 
                                  <counter>LINE</counter> 
                                  <value>COVEREDRATIO</value> 
                                  <minimum>0.50</minimum> 
                              </limit> 
                          </limits> 
                      </rule> 
                  </rules> 
              </configuration> 
          </execution> 
      </executions> 
  </plugin>

2.2. 바이트 코드 조작 라이브러리

ASM : visitor 패턴과 Adapter 패턴을 알아야 하고, 사용하기 어려움
Javassist
Bytebuddy : api, guide 쉽게 잘 되어 있음. 추천

2.3. javaagent

javaagent

2.4. 정리

바이트 코드 조작 툴의 활용 예
- 프로그램 분석
  - 코드에서 버그 찾는 툴
  - 코드 복잡도 계산
- 클래스 파일 생성
  - 프록시
  - 특정 API 호출 접근 제한
  - 스칼라 같은 언어의 컴파일러
- 그 밖에도 자바 소스 코드를 건드리지 않고 코드 변경이 필요한 경우
  - 프로파일러
  - 최적화
  - 로깅
  - …
스프링이 컴포넌트 스캔하는 방법
빈으로 등록할 후보 클래스 정보를 찾는데 사용
ClassPathScanningCandidateComponentProvider -> SimpleMetadataReader
ClassReader와 Visitor를 사용해서 클래스에 있는 메타 정보를 읽어온다.
simple metadatareader가 class reader와 visitor 구현체를 사용해서 class와 메소드에 붙어있는 애노테이션을 추출한다. 이때 ASM을 사용한다.
classPathscaningcand compprovider가 Asm을 사용하고 있다.
class reader도 Asm을 사용한다.
참고)
- https://www.youtube.com/watch?v=39kdr1mNZ_s
- ASM, Jvassist, ByteBuddy, CGlib
- 프록시는 하기의 기능에 사용되고 있다.
  - Spring AOP
  - 하이버네이트 레이지 로딩 객체
  - mock

3. Reflection

3.1. Reflection API

리플렉션의 시작은 Class
- https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Class.html
Class에 접근하는 방법
- 모든 클래스를 로딩한 다음 Class의 인스턴스가 생긴다. "타입.class"로 접근할 수 있다.
  - Class bookClass = Book.class;
- 모든 인스턴스는 getClass() 메소드를 가지고 있다. "인스턴스.getClass()"로 접근할 수 있다.
  - Class<? extends Book> bookClass = book.getClass();
- 클래스를 문자열로 읽어오는 방법
  - Class.forName("FQCN")
  - classpath에 해당 클래스가 없다면 ClassNotFoundException 발생
    - Class<?> aClass1 = Class.forName("me.hoonti06.Book");
Class를 통해 할 수 있는 것
- 필드(목록) 가져오기 (getFields(), getDeclaredFields())
- 메소드(목록) 가져오기 (getMethod())
- 상위 클래스 가져오기 (getSuperClass())
- 인터페이스(목록) 가져오기 (getInterfaces())
- 애노테이션 가져오기
- 생성자 가져오기
- …

3.2. 정리 및 활용

리플렉션 사용 시 주의할 것
- 지나친 사용은 성능 이슈를 야기할 수 있다. 반드시 필요한 경우에만 사용할 것
- 컴파일 타임에는 확인되지 않고 런타임 시에만 발생하는 문제를 만들 가능성이 있다.
- 접근 지시자를 무시할 수 있다.
스프링
- 의존성 주입
- MVC뷰에서 넘어온 데이터를 객체에 바인딩할 때
하이버네이트
- @Entity 클래스에 Setter가 없다면 리플렉션을 사용한다.
JUnit
- https://junit.org/
참고

4. Dinamic Proxy

다이나믹 프록시는 reflect의 일부

4.1. JPA

스프링 데이터 JPA의 동작 방법
- 스프링 데이터 JPA에서 인터페이스 타입의 인스턴스는 누가 만들어주는 것인가?
  - Spring AOP를 기반으로 동작하며 RepositoryFactorySupport에서 프록시를 생성한다.

프록시와 리얼 서브젝트가 공유하는 인터페이스가 있고, 클라이언트는 해당 인터페이스 타입으로 프록시를 사용한다.
클라이언트는 프록시를 거쳐서 리얼 서브젝트를 사용하기 때문에 프록시는 리얼 서브젝트에 대한 접근을 관리하거나 부가 기능을 제공, 리턴 값을 변경 등을 할 수 있다.
리얼 서브젝트는 자신이 해야 할 일만 하면서(SRP[^1]) 프록시를 사용해서 부가적인 기능(접근 제한, 로깅, 트랜 잭션 등)을 제공할 때 이런 패턴을 주로 사용한다.
참고
- https://www.oodesign.com/proxy-pattern.html
- https://en.wikipedia.org/wiki/Proxy_pattern
- https://en.wikipedia.org/wiki/Single-responsibility_principle

1. JVM의 이해

1.1.

1.2. JVM의 구조

1.2.1. 클래스 로더

2. 바이트 코드 조작

2.1. 코드 커버리지

2.2. 바이트 코드 조작 라이브러리

2.3. javaagent

2.4. 정리

3. Reflection

3.1. Reflection API

3.2. 정리 및 활용

4. Dinamic Proxy

4.1. JPA

footnotes