인터넷의 보급과 더불어 차세대 인터넷 기술의 핵심으로 등장하고 있는 Java 기술의 등장 배경과 역사 및 Java 기술이 성공할 수 있는 기술적 특성을 살펴본다. 핵심적인 Java 기술로서 Java 운영체제, Java 가상머신, Java 기반 API 등을 서술하고 또한 네트워크 컴퓨팅과 관련된 Java 기술의 시장 동향, 각 분야에서 활용되는 Java 기술의 사례를 살펴본다.
I. 서론
썬 마이크로시스템즈(이하 썬)사가 1995년 5월에 Java와 HotJava를 선보인 이래 2년이 조금 경과한 지금 온 세상이 Java 열풍으로 휩싸이고 있으며 그 열기는 조금도 식지 않고 더욱 뜨거워지고 있다. Java는 인터넷 표준 국제언어이자 일종의 프로그래밍 언어이다. 갓 태어난 Java가 기존의 강력한 언어들을 제치고 이렇게 각광을 받고있는 이유는 어디에 있는 것일까? 지금까지 활용되어 온 많은 프로그래밍 언어들은 공표되고 나서 그 언어의 효용성, 특성, 적용성, 성능 등에 대해 많은 사람들의 충분한 검증 후에야 비로소 활용도가 점차로 증가하였다. 그러나 썬은 Java를 발표함과 동시에 Java언어로 작성된 HotJava를 발표함으로써 한 순간에 Java의 유용성을 전세계에 알리는데 성공하였다. HotJava는 웹 브라우저로서 애니메이션, 인라인 사운드, 상호동작(Interactive) 등의 동적인 브라우징 기능을 제공함으로서 전 세계 인터넷 사용자에게 커다란 충격을 안겨주었다. 이전까지의 인터넷 웹 브라우저인 넷스케이프사의 Communicator와 마이크로소프트사의 Internet Explorer는 HTML(HyperText Markup Language) 문서기반 중심의 웹 브라우저로서 한 권의 그림책을 읽는 것같이 이미지와 텍스트 위주의 정적인 브라우징 기능을 제공해 왔기 때문에 동적 브라우징 기능을 제공하는 HotJava는 웹 브라우저의 새로운 지평을 열 것이라는 기대감에서 많은 사람의 관심을 불러 일으키기에 충분하였다.
탄생하자마자 인터넷 언어로서의 그 유용성이 입증된 Java는 인터넷을 통하여 전 세계에 널리 활용이 확산되고 있으며 프로그래밍 언어로서의 위치도 점점 확고해지고 있다. 그림 1에서 보는바와 같이 Java기술은 이제 PDA(Personal Digital Assistant), HPC(Handheld Personal Computer), Screen Phone 등의 정보 통신 단말기에서 인터넷 정보 서비스를 가능하게 할뿐만 아니라 네트워크 스위치, 라우터 등의 통신기기와 디지털 카메라, TV, VCR 등의 가전 제품 등의 내장형(Embedded) 소프트웨어로 활용될 수 있으며 또한 인터넷을 이용한 다자간 게임 소프트웨어에도 Java의 활용이 기대되는 등 소프트웨어 산업 전반에 걸쳐 커다란 혁명을 가져올 것으로 보인다[5][14].
따라서 Java는 무엇이며 어떻게 탄생탖는가? 지금 어떻게 사용되고 있고 향후에는 어떻게 사용되고 발전할 것인가? 등에 대해 논의해 보는 것은 매우 의미 있는 일이라 생각된다. 본 고의 II장에서 Java의 역사적 배경, 프로그래밍 환경 및 특성을 살펴보며, III장에서 Java기술의 구성요소를 논의한 후에 IV장에서 Java기술의 시장 동향을 살펴보고, V 장에서 Java기술의 향후 발전방향과 아울러 결론을 맺는다.
II. Java의 역사적 배경 및 특성
1. Java의 등장배경
1995년 'SunWorld95'에서 Java가 태어나기까지 Java는 5년간의 재미난 역사를 가지고 있다. Java의 태동 과정을 살펴봄으로서 Java의 개발 목적, Java의 개략적인 특징 등 Java에 관한 유익한 사항들을 알 수 있다.
Java의 기원은 1990년에 시작한 썬의 Green project에서 유래한다. 제임스 고슬링(James Gosling)이 주도한 이 프로젝트에서는 "가전제품에 소프트웨어 기술을 심자"라는 취지 하에 가정에서 사용되는 모든 가전기기를 간편하게 조작할 수 있는 대화형 제어기를 C++로 개발하고 있었는데 곧 C++가 제어기 소프트웨어 개발에는 적합하지 않다는 것을 알게 되었다. C++로 개발된 프로그램은 동일 기능이더라도 적용되는 제품에 따라 다시 작성되어야 하므로 노동력과 비용이 증가하고, 또한 C++에서 제공되는 다중 상속(multiple inheritance)의 복잡성, 메모리 할당 등의 이유로 소프트웨어의 안전성, 이전 버전과의 호환성, 가격, 표준화, 효율성 등의 부분에서 많은 문제점이 있음을 인식하게 되었다. 이런 연유로 고슬링 팀은 소프트웨어 개발자가 오직 하나의 프로그램으로 현재의 모든 플랫폼에서 실행 가능하고, 앞으로 개발될 시스템에서도 실행 할 수 있으면서 좀더 간편한 프로그래밍 언어를 개발하기로 결정했다[3].
고슬링이 "프로그래밍 언어는 도구이지 목적이 아니다"라고 주창하면서 새로운 언어 개발에 착수한 이래 1992년 9월에 드디어 C++를 기반으로 하면서 C++가 갖는 복잡성과 문제점을 제거한 새로운 객체지향 언어인 Oak를 개발하게 되었다. 물론, Oak는 C++의 기능을 제일 많이 참조하였으나 Eiffel, SmallTalk, Objective C, Cedar/Mesa와 같은 여러 가지 언어의 장점도 수용하였다. Oak란 고슬링이 자신의 사무실 밖의 참나무로부터 얻은 이름으로 뒤에 상표등록을 위한 검색 과정 중, 'Oaklisp'이라는 'Oak'와 유사한 객체 지향적 함수형 언어가 등록되어 있어 고슬링은 자신이 자주 마시던 인도네시아산 커피 이름인 Java로 이름을 바꾸었다.
1993년에는 마침내 썬 자체의 GUI(Graphic User Interface)와 Oak를 이용해서 PDA 타입의 가전기기 제어기를 개발하고 나서 고슬링 등은 모든 가전기기에 자신들이 개발한 기술이 사용될 것으로 기대하였으나 만족스럽지 못한 결과로 나타나게 되자 당시에는 전망이 불투명했던 정보 고속도로 쪽으로 활용방침을 바꾸었다. 당시에 TimeWarner사와 같은 기업들은 VOD(Video On Demand)를 포함한 여러 가지 대화형 서비스를 제공할 계획을 가지고 있었는데 고슬링 등은 여기에 착안하여 대화형 Set-top 텔레비전 시장을 공략하려고 하였다. 그러나, 수개월간에 걸친 협상은 실패로 끝나게 되고 Green project 자체도 중지되었다.
1994년은 Java를 잉태시키는 중요한 한 해가 되었다. 썬 창업자의 한 명인 빌 조이(Bill Joy)는 Oak가 인터넷과 월드 와이드 웹(WWW: World Wide Web)에 활용될 수 있다는 가능성을 발견함에 따라 Green project를 이끌던 제임스 고슬링은 Oak를 인터넷 프로그래밍에 적합한 언어로 설계하여 개발을 가속화하였다. 결국 이 기종 분산 네트워크 환경에서 응용프로그램을 개발할 때의 이식성, 호환성 문제를 해결하고 최소의 시스템 자원을 소모하면서 어떤 하드웨어나 소프트웨어 플랫폼에서도 실행이 가능하며, 동적으로 확장성 있는 응용프로그램 제작이 가능한 Java가 개발되었다.
1995년은 세계 소프트웨어 역사의 큰 획을 긋는 한해로 평가될 만하다. 썬은 5월 23일 샌프란시스코의 SunWorld `95에서 5년간의 고통스러운 기술개발 결과를 집대성한 Java와 HotJava를 공식적으로 발표했다. Java로 제작된 최초의 Java 응용프로그램으로 생동감 있는 웹 페이지를 제작할 수 있다는 것을 직접 보여 준 HotJava는 전 세계를 놀라게 하였으며 당시 SunWorld `95에서 다수의 회사들이 Java 기술에 대한 라이센스 계약을 체결하였다. 특히 넷스케이프사는 Java 언어에 대한 라이센스를 취득하여 자사의 Netscape Navigator 브라우저를 재구성 할 것이라고 발표하였고 Oracle, Borland, IBM, MicroSoft, AT&T 등 대부분의 세계 유수의 소프트웨어 회사들이 Java 라이센스 계약에 동의하고, Java언어를 이용하여 자사 제품들을 개발할 것이라고 공식적으로 발표하였다. 이렇게 해서 Java는 사실상의(de facto) 인터넷 국제표준 언어이자 가장 범용성을 구비한 프로그래밍 언어로 일순간에 우리 앞에 나타난 것이다.
2. Java언어의 특성
Java 언어가 개발되기 전에 소프트웨어 개발자들은 다양한 플랫폼 및 다른 운영체제하에서 활용하기 위해 시스템 특성에 맞는 소프트웨어를 제각기 개발해야만 했다. 이러한 환경은 이 기종 분산 네트워크 환경에서 응용프로그램을 개발할 때 많은 문제점을 유발시켰다. 그러나, Java언어가 등장한 이후에는 소프트웨어 개발과 유지에 있어서 경비와 시간을 대폭 절감할 수 있고 기술 개발에만 더욱 치중할 수 있게 되었다. Java는 다음과 같이 많은 장점을 가지고 있으면서 프로그래밍 언어와 컴퓨팅 패러다임의 발전에 있어서 전혀 새로운 관점을 제시한다[18].
둁 플랫폼 독립성 혹은 아키텍쳐 중립성
Java 언어의 특징을 단적으로 표현하는 "Write Once, Run AnywhereTM" 어귀에서처럼 Java언어로 한번 작성된 프로그램은 어느 플랫폼에서나 수정 없이 수행될 수 있다. 일반적으로, 네트워크는 다양한 머신(machine)들과 운영체제를 가진 시스템들로 구성되어 있다. Java로 작성된 프로그램이 네트워크상의 어디에서든지 수행이 되기 위해서는 컴파일러가 머신구조에 중립적인 오브젝트 파일 포맷을 생성해야 한다. 즉, 네트워크를 통해 프로그램을 다운 받아 하드웨어에 관계없이 사용하기 위해서는 기본적으로 머신의 아키텍쳐에 독립적이고 이식성을 보장할 수 있어야 된다. Java는 이러한 문제를 해결하기 위해 머신 아키텍쳐, 운영체제, 윈도우 시스템에 독립적인 코드를 사용한다. 이 코드는 Java 가상머신(JVM: Java Virtual Machine)이 지원되는 머신이라면 어느 머신에서도 수행 가능하다. 데이터 형(data type)만 보더라도 Java에서는 모든 플랫폼에 적용 가능한 표준화 타입과 크기를 정의함으로서 이식성을 보장한다.
둁 객체 지향 언어
Java언어는 C++과 마찬가지로 객체 지향 언어이다. Java는 클래스의 계층구조, 상속, 캡슐화 등과 같이 실제로 유용하고 효율적인 객체지향 언어의 특징을 대부분 제공한다. Java로 작성된 프로그램은 클래스로 구성되며 프로그램의 수행은 클래스의 객체를 실행함으로써 이루어진다. 객체 지향적인 Java언어의 가장 큰 장점은 각 객체가 독립적이어서 모든 모듈은 그대로 재 사용할 수 있다는 것이다. 각 모듈은 확장할 수 있으며, 이것은 프로그래머가 새로운 절차와 새로운 하위 클래스를 모든 객체에 추가할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 Java를 이용해서 문제를 논리적, 직관적, 특징적 객체로 분해할 수 있다. 이러한 Java언어의 특성 때문에 소프트웨어 개발의 생산성은 매우 향상된다. 그러나, Java의 클래스는 하나의 상위 클래스만을 갖는다. 즉, 다중 상속(multiple inheritance)이 허용되지 않는다. 대신 Java는 Interface를 지원하여 다중 상속의 효과를 가질 수 있게 한다. Java언어의 또 하나 특징은 객체를 사용하기 전에 반드시 먼저 선언해 주어야 하며 이런 이유로 Java언어를 'statically typed 언어'라고 하기도 한다. 이처럼 객체를 먼저 선언해 주게되면 컴파일 할 때 데이터 타입 불일치 같은 오류를 쉽게 발견하게 함으로써 안전하게 프로그램을 작성할 수 있게 해준다.
둁 컴파일 및 인터프리트 언어
Java는 컴파일을 통해 실행파일을 생성하는 언어로서, 컴파일을 통해 얻어진 파일은 바이트코드(bytecode) 형태를 갖게되며, 이 코드는 Java인터프리터인 JVM에 의해 해석(interpret)되어 실행된다. 따라서 정확히 표현하면 Java언어는 컴파일 언어이자 인터프리트 언어로서, 순수한 컴파일 언어보다는 범용성을 갖고, 순수 인터프리트 언어보다는 빠르고 효율적으로 실행된다. 물론, 인터프리트되는 언어는 순수 컴파일된 코드만큼 빠르게 실행될 수는 없지만 이식이 훨씬 용이하다는 면에서 성능상의 단점을 극복해 준다. 예를 들어 Java 프로그램을 개발해서 컴파일 했다고 가정할 때 각 컴퓨터의 플랫폼에 맞는 JVM을 설치한 상태에서, 같은 프로그램을 매킨토시, PC, UNIX 운영체제의 컴퓨터에서 동시에 실행할 수 있다. 하나의 소스 코드로 다중 플랫폼의 소프트웨어를 개발할 수 있다는 점은 월드 와이드 웹용 응용프로그램을 더욱 빨리 개발할 수 있게 한다.
둁 단순성과 용이성
UNIX는 거의 모든 부분이 C로 작성된 운영체제를 가지고 있으며 윈도우 프로그램을 포함한 상당 부분의 유틸리티와 대부분의 소프트웨어는 C/C++ 언어로 작성되었다. 따라서, 현재 소프트웨어 프로그래머는 C/C++ 언어에 친숙해 있다. 그런데, Java 언어는 문법 면에서 C/C++ 의 형식을 따르고 있기 때문에 기존의 C/C++ 언어처럼 별 어려움 없이 바로 Java를 배울 수 있다. Java는 C++의 복잡하고 개념적으로 혼란스럽던 부분들이 제거되었다. C나 C++에서 지원되는 자동적인 타입 캐스팅, 연산자 재정의, 헤더파일, 전처리기, 포인터 연산, 다중 상속, structure나 union타입의 구조체, 공용체, 다차원 배열, 템플리트(Templates), 암시적 형변환(Implicit Type Conversion) 등이 없어졌다.
Java 언어에서는 C/C++이 가지고 있던 여러 가지 복잡한 기능을 제거한 반면에 단순성과 효율성을 높이기 위해 여러 가지 기능들을 추가하였다. 예컨데, C/C++에서 제공되지 않는 자동적인 가비지 컬렉션(garbage collection), 다중 쓰레드(multithread) 동기화, 풍부한 클래스 라이브러리 지원 기능이 추가되었다. 자동적인 가비지 컬렉션 기능 제공으로 프로그래머가 일일이 메모리 관리에 신경을 쓰는 불편함을 없게 하였으며 다중 쓰레드 동기화 기능은 멀티쓰레드 프로그램을 더욱 쉽게 구성할 수 있게 해 주고 사용자 인터페이스, 그래픽, 네트워크 등을 지원하는 풍부한 클래스 라이브러리 제공으로 프로그래머가 직접 코딩해야 하는 부분을 대폭 줄일 수 있게 되었다.
둁 안정성과 신뢰성
응용 프로그램이 튼튼할수록 신뢰도도 커진다. 이것은 사용자뿐만 아니라, 소프트웨어 개발자 입장에서도 바람직하다. Java는 C++를 사용하는 것 보다 안전하다. 대부분의 데이터형 검사는 컴파일 시에 수행된다. 그러나, Java 언어에서는 컴파일 시와 런타임 시의 2회에 걸쳐 데이터형 검사를 실시하기 때문에 프로그래밍 상의 에러 교정 확률을 높여 준다. 컴파일 시의 검사에서는 다른 프로그래밍 언어에서 보다 광범위한 에러를 찾게 해 주고 의미상의 에러도 비교적 정확하게 검사해 준다. Java 언어의 신뢰성을 높이는 또 하나의 주요 원인은 포인터를 사용하지 않기 때문에 임의의 주소를 포인팅하므로써 발생하는 시스템 에러를 예방한다.
Java 프로그램의 실행 시에 Java 인터프리터가 프로그램의 시스템 접근을 제어하기 때문에 Java 프로그램에 의해서 시스템이 죽는 일은 발생하지 않는다. 시스템 에러가 발생하는 경우에 대비하여 예외처리(Exception handling) 코드를 포함시켜 놓음으로써 에러가 발생하는 경우에도 프로그램이 종료되지 않고 정상적으로 동작하게 해준다. 물론, C나 C++에서도 예외처리 기능이 있으나 Java 언어에서의 예외처리 기능이 훨씬 체계적이고 효율적이다.
Tcl, SmallTalk, Lisp 같은 동적 언어들은 프로그래머가 메모리 관리와 메모리 손상에 대해 걱정할 필요가 없기 때문에, 일반적으로 아주 튼튼한 것으로 간주된다. 이와 비슷하게 Java 언어에서도 가비지 컬렉션 기능이 제공되기 때문에 메모리 손실을 완전히 제거할 수 있다. 따라서 Java 언어를 이용하면 기존의 어느 프로그래밍 언어를 이용하는 것보다 훨씬 안정적이고 신뢰성 있는 프로그램을 작성할 수 있다.
둁 안전성(Security)
Java는 네트워크 환경에서의 활용을 위해 설계되었기 때문에, 보다 향상된 보안 기능이 요구된다. Java에서의 보안 기능은 2가지 측면에서 크게 보강되었다.
첫째, Java 언어는 포인터를 지원하지 않기 때문에 프로그램이 임의의 시스템 메모리 영역을 침범하는 것은 원천적으로 불가능해서 바이러스에 감염된 프로그램이라도 시스템에 영향을 미칠 수 없게 되어 있다.
둘째, 바이트코드는 실행되기 전에 안전성을 검증하는 과정을 거치도록 되어 있다.
둁 확장성
Java 언어의 가장 큰 장점 중의 하나는 확장성이다. Java 언어를 이용하면 호환성과 상호 운용성을 유지하는 동시에 기존의 환경에서 별다른 노력없이 새로운 기능을 추가적으로 확장할 수 있다. Java는 모듈을 결합하는 기능을 지원함으로써 프로그래머가 객체 지향 패러다임 개념을 충분히 활용할 수 있는 뛰어난 확장성을 제공한다. 라이브러리에 있는 기존 클래스에 대한 새로운 메소드와 인스턴스 변수는 현재의 프로그램, 애플리케이션, 클라이언트를 파괴하지 않고도 추가할 수 있다. 기존의 Java 프로그램에 새로운 기능을 확장시키기 위해서는 새로운 기능만을 코딩하거나 네트워크를 통해 해당 기능의 소프트웨어를 가져와서 기존 Java 프로그램에 플러그인(plug-in)해서 사용하면 된다. 이는 Java에서 지원하는 프로토콜 핸들러와 컨텐트(content) 핸들러라는 개념을 이용하여 가능하게 된다.
둁 성능
Java 언어는 컴파일 언어이자 인터프리트 언어로서 인터프리터의 속성때문에 속도가 순수 컴파일 언어에 비해 매우 느린 것으로 인식되어 왔다. 이말은 환경에 따라 사실일 수도 있고 거짓일 수도 있다. Java 프로그램이 스탠드 얼론(stand-alone)방식으로 수앵될 때는 C++ 같은 기존 언어로 작성된 프로그램보다 훨씬 느린 것은 사실이나(보통 10 - 20배 정도 느린 것으로 알려져 있음), Java 프로그램이 인터넷같은 분산환경에서 수행될 때는 C++이나 CGI로 작성된 프로그램보다는 오히려 빠르다. 그 이유는 Java 프로그램인 애플릿(applect)이 크기가 작아서 신속하게 이동할 수 있기 때문이다. 현재 스탠드 얼론 환경에서도 Java 언어의 성능을 향상시키기 위한 노력이 다각적으로 진행되고 있다. 이에 대한 자세한 내용은 III 장의 Java 가상머신에서 다시 논의하기로 한다.
III. Java 기술의 구성 요소
Java 기술은 크게 보아 Java 운영체제, Java 기반 API 및 Java 응용 프로그램의 3가지로 구분할 수 있다. 다음에 이들 구성요소와 개발 환경 및 도구인 JDK에 대해 논의한다.
1. JavaOS 운영체제
JavaOS 운영체제는 Java 프로그램을 직접 하드웨어 플랫폼에 실행시키게 해주며 작고 효능이 높은 운영체제이다. JavaOS 운영체제는 그림 2와 같이 계층적 구조로 되어 있으며 플랫폼에 의존적인 부분과 플랫폼 독립적인 부분의 2개 부분으로 크게 구성되어 있다. 플랫폼에 의존적인 부분은 JavaOS 부터(Booter), JavaOS 마이크로커널(MicroKernel), Java 가상머신(JVM) 으로 구성되며 보통 해당 플랫폼의 C나 C++ 또는 어셈블러로 작성되기 때문에 네이티브 코드(native code)라고도 한다. 플랫폼 독립적인 부분은 AWT(Abstract Window Toolkit), JavaOS 그래픽 시스템, JavaOS 윈도우 시스템, JavaOS 디바이스 드라이버, JavaOS Net/NFS 및 IO net로 구성되며 모두 Java 언어로 작성되어 있다.
JavaOS는 성능, 이식성, 동시 동작, 네트워크 중심 등의 면에서 유연성과 용이성을 제공한다. JavaOS는 기존의 다른 응용프로그램과는 호환성을 유지할 필요가 없이 Java 및 Java 애플릿을 지원하도록 설계되어 있어서, JavaOS의 불필요한 계층을 제거하고 최소한의 메모리 구성으로 운영체제를 꾸밀 수 있기 때문에 성능향상이 가능하다. JavaOS는 여러 가지 다양한 플랫폼에 설치될 수 있기 때문에, 사용자는 하나의 프로그램을 수정없이 x86, SPARC, ARM 마이크로프로세서 아키텍춰 등을 포함한 다른 하드웨어 플랫폼에서 실행시킬 수 있다. 또한, JavaOS는 Java언어의 다중 쓰레드와 메모리 관리 기능을 지원하기 때문에, 사용자는 Java 프로그램을 실행 시키면서 동시에 네트워크 정보를 다운로드 받을 수 있다. 이외에도, JavaOS는 네트워크나 하드 디스크를 통해 값싼 최소 메모리 Java 제품들을 ROM으로부터 부팅하여 이용 수 있게 함으로써 네트워크 중심의 컴퓨팅 환경을 만들어 준다.
다음에 JavaOS의 구성요소들에 대한 기능을 간단히 살펴본다.
가. Java 가상머신(Java Virtual Machine)
Java 기술은 소프트웨어적으로 가상 머신을 구현하여 임의의 시스템에서 실행될 수 있으므로 특정한 하드웨어나 운영체제에 종속되지 않는 플랫폼 독립적인 환경을 제공한다. 가상 머신은 컴파일러나 인터프리터 개발에서 이식성을 높이기 위한 수단으로 흔히 사용되어온 기술이다. 이러한 기술을 채택한 전례로는 Erlang이 있다. Erlang은 전화교환기 등과 같은 통신 시스템 개발을 위한 프로그래밍 시스템으로 효율성을 적절히 희생하여 이식성을 추구한 대표적인 사례였다. Java 기술도 Erlang의 경우와 거의 유사하다. Erlang이 논리와 함수형 언어를 위한 시스템으로 개발되었다면 Java는 객체지향형 언어와 네트워크를 위한 시스템으로 개발되었으며, Erlang이 통신 시스템을 위한 기술이라면 Java는 고객주문형 가전제품과 인터넷, 웹 등을 위한 시스템으로 개발되었다는 것 등을 차이점으로 들 수 있다.
Java 가상머신은 Java바이트코드를 실행시키는 일종의 소프트웨어 CPU로서 Java로 작성된 소프트웨어가 어느 플랫폼에서나 수정 없이 동작할 수 있도록 잘 정의된 표준 응용 프로그래밍 인터페이스를 제공한다[11]. Java 가상 머신의 동작 원리는 그림 3에서와 같다.
Java로 쓰여진 소스코드(.java란 확장자를 가짐)는 Java 컴파일러에 의해 .class란 확장자를 가진 바이트코드로 변환된다. 바이트코드는 Java 가상머신에 대한 인스트럭션 코드이며 하나의 opcode와 파라미터 형식으로 이루어진다. 바이트코드란 opcode가 1바이트로 구성되기 때문에 붙여진 명칭이며 현재 Java 가상머신에서는 약 220여개의 바이트코드를 사용하고 있다.
Java 바이트코드가 네트워크를 통해서 Java 가상머신이 위치한 호스트에 전달되면, 클래스 로더(Class Loader)는 Java 클래스 라이브러리의 지원을 받아 바이트코드 화일(클래스 화일)을 로드 한다. Java 가상 머신은 네트워크를 통해 입력된 바이트코드에 대해 신뢰를 하지 않기 때문에 바이트코드 검증기(Verifier)를 이용하여 검증을 시행한다. 검증과정을 통과하지 못하면 에러 메시지를 출력하고, 만일 이 과정이 성공적으로 끝나게 되면, Java 인터프리터나 JIT (Just-In-Time) 컴파일러를 통하여 바이트코드를 해당 플랫폼의 특정 운영체제에 적합한 명령어로 변환 시킨다. Java 가상 머신의 수행 동작은 클래스, 인터페이스, 객체들의 life cycle로 구성된다. JVM은 클래스와 인터페이스형 로딩(loading), 링킹(linking), 초기화, 새로운 클래스 생성을 위한 메모리 공간 할당, 클래스의 하역(unloading), VM(Virtual Machine)의 수행종료 순으로 동작된다.
Java 언어가 속도가 느린 것은 Java 가상 머신의 인터프리터 특성에 기인한다. Java 가상 머신의 성능을 향상시키기 위하여 JIT 컴파일러를 채용한 Java 가상 머신, 하드웨어적으로 Java 가상 머신 구현, 실시간(realtime) Java 가상 머신 개발 등의 3가지 방식으로 진행되고 있다.
둁JIT 컴파일러
JIT 컴파일러는 Java 바이트코드를 네이티브 기계코드로 변환해주기 때문에 인터프리터가 아니라 바이트코드 컴파일러이다. 그러나 이 JIT 컴파일러는 특정 플랫폼에 대한 기계코드를 생성하기 때문에 이식성이 없어지는 단점은 있다. 현재 많은 업체에서 JIT 컴파일러를 개발하여 상당한 성능 향상 효과를 보고 있다. Synmantec은 까페(Cafe)란 JIT 컴파일러를 개발하여 썬에서 제공하는 Java 가상머신 보다 일부 프로그램이기는 하지만 20배 정도 성능이 향상되었음을 보여 주었으며, Borland JIT 컴파일러인 AppAccelerator에서는 썬의 Java 가상머신 보다 15배 정도의 성능 향상을 나타내었다. 이 외에도 마이크로소프트의 MS SDK for Java, IBM의 AIX 와 OS/2, 썬의 Solaris에서도 JIT 컴파일러를 사용할 수 있고, 애플의 매킨토시를 위한 JIT 컴파일러도 개발되어 있다.
둁하드웨어적 Java 가상머신
하드웨어적으로 Java 가상머신을 구현하려는 시도가 상당한 진전을 이루고 있다. 최근 썬에서 라이센스하기 시작한 picoJava I이라는 JavaChip 아키텍쳐와 마이크로프로세서 개발은 Java 가상머신의 성능향상에 새로운 방향을 제시하고 있으며 Java 바이트코드를 직접 실행할 수 있는 이 마이크로프로세서는 저가격에 초고속의 Java 수행환경을 제공한다는 점에서 획기적으로 평가되고 있다. 실제로 picoJava I, 썬의 Java 가상머신을 탑재한 인텔 486 및 펜티엄 프로세서를 벤치마크 시험한 결과, picoJava I 이 인텔 486보다 15- 20배, 펜티엄보다 5배의 속도 향상을 가져 왔다고 한다. 만일 내장형 시스템이나 PDA 등에 이 picoJava I을 이용한다면 값 싸고 성능이 좋은 제품생산이 가능할 것이다.
둁실시간 Java 가상 머신
일반적인 Java 가상머신 외에 일부 업체에서는 특정 시스템을 목표로 하여 실시간 지원을 위한 Java 가상 머신을 개발하고 있다. PERC란 실시간 Java 가상 머신이 개발된 예가 있으며 Ameran에서도 내장형 시스템을 위한 실시간 Java 가상 머신을 개발하였다.
Java가상머신을 운영하는 모델은 적재되는 시스템 환경에 따라 호스트 운영체제를 가지고 있는 경우와 호스트 운영체제가 없는 경우의 두가지로 나눌 수 있다. 호스트 운영체제가 있는 상태에서 Java 가상 머신을 운영하는 모델은 그림 4와 같다.
Java 플랫폼이 호스트 운영체제와 함께 사용될 때, Java 가상머신과 기반 클래스(Foundation Class)가 운영체제 또는 웹 부라우저와 같은 응용프로그램내에 내장될 수 있다. 그림 4에서 Java API의 상위 부분은 플랫폼에 독립적이다. Java API는 언어 클래스와 유틸리티 클래스를 포함하여 AWT(Abstract Window Toolkit), 네트워크 및 I/O 클래스 등의 다수의 Java로 작성된 클래스로 구현되며 모든 플랫폼에 독립적이다.
Java 가상머신의 중요 요소인 Java 런타임은 플랫폼 독립적인 부분과 플랫폼 의존적인 부분으로 나뉜다. Java 런타임의 플랫폼 독립적인 부분은 C 코드로 작성된 인터프리터와 garbage collector를 포함한다. Java 런타임이 새로운 플랫폼에 이식될 때, 궁극적으로 호스트 운영체제의 지원을 받기 위하여 특정한 플랫폼 의존적인 코드가 이식되어야 한다. 이 모델에서 호스트 운영체제는 Java 런타임을 위한 멀티쓰레딩 기능, Java 런타임이 자신의 메모리 힙(heap)을 관리하고 garbage collection을 수행할 수 있도록 하는 메모리 할당 기능, AWT를 위한 윈도우와 그래픽 지원과 Java 네트워킹 클래스를 지원하기 위한 서비스를 제공해야 한다. 즉, 호스트 운영체제는 AWT를 자신의 윈도우 및 그래픽 서브 시스템으로 매핑해야 하고, 네트워킹 클래스를 자신의 native networking 코드로 변환하며, 또한 파일 관련 I/O 클래스를 호스트 운영체제의 파일 시스템으로 매핑하고, Java 가상머신의 플랫폼 의존적인 부분을 메모리 할당과 쓰레드 관리를 위한 특별한 시스템 호출로 이식해야 한다.
호스트 운영체제 없이 JavaOS 운영체제를 기반으로 하는 Java 가상 머신을 운영하는 모델은 그림 5와 같다[17][18].
이 모델에서는 JavaOS 운영체제가 호스트 운영체제의 지원을 받을수가 없으므로 JavaOS 운영체제에서 대부분의 기능들을 제공해야 한다. Java 플랫폼을 지원하기 위해 JavaOS는 Java 마이크로커널을 사용한 Java 가상 머신과 AWT, 네트워킹 및 파일 관련 I/O 클래스를 지원해야 하고, 디스플레이, 네트워크 인터페이스, 마우스, 키보드를 제어하기 위한 드라이버도 제공해야 하며, Java API도 완전하게 지원해야 한다. 이 모델에서의 Java 런타임은 사용자 수준의 응용프로그램을 수행시킬 뿐만 아니라, 시스템 레벨의 윈도우, 그래픽, 네트워킹, 드라이버 코드도 수행한다. JavaOS 커널은 Java 가상머신에 의해 요구되는 저수준 함수를 포함하고 있다. 예를 들면, 부팅, 예외처리, 쓰레드 관리, 메모리 관리, 모니터, 파일시스템, 타이밍, 원시 코드 라이브러리 관리, 인터럽트, DMA, 디버깅, 기타 플랫폼 제어 등을 포함한다.
나. JavaOS 마이크로커널
JavaOS 마이크로커널은 JavaOS의 핵심 부분으로 하드웨어의 직접적인 제어를 통하여 상위의 Java 가상머신에 서비스를 제공해야 한다. JavaOS 마이크로커널은 부팅, 인터럽처리, 다중쓰레드 관리, 트랩 및 DMA 처리, 예외처리 및 다수의 애플릿을 동시에 실행할 수 있도록 지원한다.
다. Java 클래스
JavaOS에서는 사용자의 부담을 최소화하기 위하여 입출력, 이미지, 네트워크 관련 기능 등과 같이 복잡하지만 꼭 필요한 기능들을 클래스로 미리 만들어 놓고 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 하고 있다. 다음에 JavaOS에서 제공하는 클래스 중 대표적인 것들의 기능을 간단히 살펴본다.
둁네트워크 클래스
네트워크 클래스는 기본적인 전송과 라우팅을 위해 TCP/IP, UDP, ICMP 같은 산업 표준 네트워킹 프로토콜을 포함하며 로긴(log-in)동안 호스트 이름을 찾고 사용자 이름과 패스워드를 제공하기 위해 DNS와 NIS가 사용된다. JavaOS는 네트워크 어드레스를 찾고 클라이언트의 부담을 없애기 위하여 Reverse ARP와 DHCP를지원하며 JavaOS가 장착된 클라이언트는 NFS서버의 파일을 억세스할 수 있다.
둁I/O 클래스
파일 시스템 관련 입출력 기능을 제공한다.
둁JavaOS 윈도우 시스템
스크린에 나타나는 모든 도면을 관리하고 버튼, 메뉴, 스크롤바 같은 사용자 인터페이스 컴포넌트를 구현하며 윈도우 중첩 관리 기능을 지원한다.
둁JavaOS 그래픽 시스템
그리기, 채우기, 선, 아크와 폴리곤 및 폰트 렌더링 등릉 포함하여 그래픽에 관련된 공통 기능을 지원한다.
둁AWT(Abstract Windowing Toolkit)
JavaOS 윈도우 시스템과 JavaOS 그래픽 시스템의 지원을 받아서 화면상의 이미지 구성이나 사용자 그래픽 환경 구성을 지원한다. 현재 GUI기반의 응용 프로그램을 만드는 데 윈도우, 버튼, 텍스트, 리스트 메뉴 선택 등의 기본적인 GUI 컴포넌트들을 지원하며, 경량(lightweight) 컴포넌트 생성, 그래픽 이미지 처리, 대규모 응용 프로그램 개발을 지원하기 위한 위임(delegation) 이벤트 모델, 마우스가 없는 경우에도 사용할 수 있는 환경 지원, 모든 그래픽 이미지를 프린트하는 기능 등이 제공된다.
둁JFC(Java Foundation Classes)
최근에 넷스케이프는 모든 플랫폼에서 동일한 룩앤필(look and feel)이 나타나도록 하는 응용 프로그램을 개발할 수 있게 하기위하여 IFC(Internet Foundation Classes)를 만들었다. 썬은 이 IFC의 뛰어난 기능을 활용하기 위하여 자사의 AWT와 합쳐서 새로운 클래스를 만드는 것을 검토하였으며 결국은 썬, IBM 및 넷스케잎은 새로 만들 클래스를 단일 산업 표준화 하기로 합의함으로써 JFC가 만들어 졌다. 따라서 JFC는 기존의 Java AWT와 넷스케잎의 IFC를 결합시킨 클래스 라이브러리이다.
2. Java 플랫폼 APIs
Java 플랫폼 APIs(Application Programming Interfaces)는 Java 응용프로그램과 애플릿을 개발하는데 필요한 표준 인터페이스 집합으로서 JavaSoft 및 제 3의 업체들(third party)에 의해 제공된다. Java 플랫폼 APIs는 Java 응용 프로그램 개발을 위한 기본 프레임워크로서 Java 응용프로그램의 개발 시간을 단축시킬 뿐만 아니라 개발된 응용 프로그램은 Java 가상머신이 장착된 어느 플랫퐁에서도 호환성이 보장된다.
현재 그림 6[17]과 같이 다수의 Java 플랫폼 APIs가 제공되고 있으며, 대부분의 Java 플랫폼 APIs는 Java Base API와 Java standard Extension API의 2가지로 구성된다. Java Base API는 Java Applet API라고도 하며 기본적인 Java 애플릿과 응용프로그램을 실행시키는데 필요한 최소한의 API 집합이며, Java Standard Extension API는 Java Base API의 기능을 확장시킨 것으로 확장된 기능의 일부는 긍국적으로 Java Base API로 이전된다. 다음에 Java 플랫폼 APIs의 기능을 간단히 살펴본다.
가. Java Enterprise APIs
Java 기업(Enterprise) APIs는 Java 응용 프로그램에서 기업의 데이터베이스와 기존의 응용 프로그램을 연결할 수 있도록 지원한다. 이 APIs를 활용함으로써 기업의 어떤 운영체제나 하드웨어 플랫폼에서도 수행될 수 있는 분산 클라이언트/서버 응용 프로그램을 개발이 가능하다. 현재 Java 기업 APIs에는 표준 SQL 데이터베이스 억세스 인터페이스로서 Java 프로그래머에세 넓은 범위의 관계형 데이터베이스에 대해 통일된 인터페이스를 제공할 뿐만 아니라 고 수준의 도구와 인터페이스를 만들 수 있는 공통 기반을 제공하는 JDBC(Java Database Connectivity), Java 응용 프로그램에게 이기종 컴퓨팅의 산업 표준인 CORBA(Common Object Request Broker Architecture)와의 상호 연동성과 연결성을 제공하는 Java IDL(Interface Definition Language), 클라이언트와 서버의 응용 프로그램이 Java로 작성되었을 경우에 RPC(Remote Procedure Call)와 유사한 방법으로 다른 Java 가상머신의 메쏘드를 호출할 수 있게 해주는 Java RMI(Remote Method Invocation) 및 Java 응용 프로그램에게 기업에 있는 다수의 네이밍 및 디렉토리 서비스에 대한 일관성 있는 인터페이스를 제공하는 JNDI(Java Naming and Directory Interface)의 4가지가 있다.
나. JavaBeansTM API
JavaBeansTM API는 소프트웨어 컴포넌트를 위한 API로서, JavaBeans 컴포넌트에는 GUI 위젯과 같은 간단한 것에서 부터 시작하여 완전한 응용 프로그램에 이르기까지 어느 것이나 포함될 수 있다. JavaBeans 컴포넌트가 작성되면, 그 컴포넌트는 Java 가상머신이 장착된 어느 플랫폼에서나 수행 가능하다. 또한, JavaBeans 컴포넌트는 마이크로소프트웨어의 ActiveX와 같은 다른 업체의 컴포넌트와 통합 되어 사용될 수 있다. 썬에서 개발한 ActiveX용 JavaBeans Bridge를 이용하면, 마이크로소프트웨어의 Offic와 VisualBasic같이 ActiveX를 포함하고 있는 응용프로그램 내에서 JavaBeans를 수행시킬 수 있다.
JavaBeans는 JavaSoft가 IBM, 넷스케이프, Borland 등과 협력하여 개발한다. 현재 IBM은 500개 이상의 JavaBeans를 개발하고 있으며, 50여개가 공개되었다. JavaBeans는 마이크로소프트의 ActiveX 기술과 전략적으로 비교할 수 있다. ActiveX는 윈도우즈를 위한 복합문서 구조를 지원하는 COM/DCOM 모델의 일종으로 인터넷을 지원하는 COM/DCOM 모델로 다양한 언어로 쓰여진 소프트웨어 컴포넌트에 동일한 접근을 제공하고자 하는 목표를 가지고 있으나 단지 Win32 환경의 플랫폼을 지원하는 단점을 지니고 있다. Java를 ActiveX에 내포시키는 것은 결국에 ActiveX의 컴포넌트가 Win32에 한정되어 있는 것과 마찬가지이며 이 기종의 네트워크 컴퓨팅 환경에서 Java의 플랫폼 독립적인 장점을 잃어버리는 결과를 가져온다. 반면에 JavaBeans는 Java에 기반을 두고 인터넷과 웹으로 구성된 네트워크 컴퓨팅 환경을 위해 특별히 개발된 새로운 개념이다. JavaBeans 같은 소프트웨어 컴포넌트 구조를 사용함으로써 개발자들은 다른 컴포넌트에 표준화된 인터페이스를 제공하고 컴포넌트들은 사용자 환경에 적합하게 재구성되어(customized) 비즈니스 응용프로그램을 만드는데 사용될 수 있다. 넷스케이프의 조사에 의하면 587,000개의 웹사이트가 자사의 JavaScript를 사용하고 있으며, ActiveX는 단지 35,000개만 조사되었다[8]. 이점을 볼 때, JavaBeans의 크로스플랫폼(cross-platform) 기능은 Java 가상 머신이 탑재된 모든 곳에서 운영이 가능한 반면, ActiveX는 이식성이 없는 C++와 Visual Basic으로 쓰여진 ActiveX Controls로 제한된 이용성을 갖는다. "Write Once, Run AnywhereTM"의 개념으로 개발된 JavaBeans는 이식의 한계를 없애고 기종 및 플랫폼 독립적인 컴포넌트를 제공함으로서 Java 애플릿에서부터 기업형 Java 응용 프로그램에까지 폭 넓게 사용되어 소프트웨어의 개발 시간과 비용을 혁신적으로 감소시킬 수 있다. JavaBeans와 ActiveX의 장단점을 비교하면 표 1과 같다.
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MS의 ActiveX와 대응되는 Sun에서 개발한 제품으로 네트워크 환경이 중심이 되는 인터넷 소프트웨어 요소 개발을 위함 | Windows95/NT에서 MS의 애플리케이션들 간의 소프트웨어 모듈들을 공유하기 위해 사용되던 OLE 기술을 확장하여 재사용 가능한 인터넷 소프트웨어 컨포넌트 개발을 위함 |
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모든 플랫폼 | Windows 95 / NT |
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JDK에 비해 10배정도 빠름 | |
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대부분의 Java 개발도구가 JavaBeans를 지원하고 있음(예:JBuilder, Visual Cafe) | PC 환경에서 좋음
(Windows95 / NT 상에서 운영되는 대다수의 기존 툴 지원) |
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좋음
(100% 순수 자바 지원, 자바의 보안 모델 적용) |
취약
(인터넷 환경에서 특히 취약) |
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유닉스 관련 업체의 지원, 세력 성장 중 | 윈도우 S/W 업체 지원 |
다. Java Security APIs
Java Security APIs는 Java 응용프로그램에 하위 레벨과 상위 레벨 보안기능을 포함할 수 있도룩 해준다. 기본적으로 전자서명과 메시지 다이제스트를 포함한 보안기능의 일부를 지원하며 추가로 키 관리, 인증관리와 접근 통제에 대해서는 추상 인터페이스(abstract interface)를 제공한다.
라. Java JFC APIs
Java JFC(Java Foundation Classes) API는 Java 응용프로그래머에게 GUI를 지원하며 Java 2D, Swing Set 등을 포함한다. Java 2D는 AWT를 확장시킨 라인, 이미지, 색상 등을 포함한 추상 이미지 모델(abstract image model)을 제공하며, Swing Set은 경량 컴포넌트들의 집합으로 단순한 버튼에서부터 트리뷰 및 폴더에 이르기까지 다양하다.
마. Java Server APIs
Java Server API는 Java 위주의 서버를 신속하고 안전하게 개발할 수 있도록 서버관리, 어세스 제어 및 동적 자원관리를 위한 서버측 지원을 위한 클래스 라이브러리를 포함하고 있으며 Servlet API도 제공한다. 서블릿(Servlet)은 애플릿에 대응되는 서버쪽의 객체로서, 단순한 HTTP 서블릿으로부터 JDBC/ODBC를 사용하여 데이터베이스를 연결하는 복잡한 서블릿에 이르기까지 매우 다양하다.
바. Java Commerce APIs
인터넷을 통해 전자 지불, 온라인 쇼핑몰, 전자 결재, 재무 분석 등의 전자상거래와 관련하여 트랜잭션 처리가 증가하고 있는 상황에서 Java Commerce API는 웹을 통해서 안전하게 물품을 관리하고 재무관리를 가능하게 해준다. Java Commerce API의 초기 컴포넌트는 Java Wallet이며, 이는 클라이언트측에서 네트워크를 기반으로 하여 상거래를 가능하게 해주는 프레임워크를 정의해준다. Java Wallet은 신용 카드와 현금 카드를 넣을 수 있는 빈 지갑으로 생각할 수 있으며 이름, 주소, 지불 도구(신용 카드, 현금 카드, 전자 캐시 등), 물품 구매 정보 등의 개인 정보를 수록할 수 있고, 비자와 마스터카드에의해 지원되는 SET(Secure Electronic Transaction)와 같이 특정 지불 프로토콜을 구현해주는 Payment cassette와 예산 및 재무분석 같은 부가가치 서비스를 구현해주는 Service cassette를 제공하며 이 cassette들은 새로운 형태의 결재(signed) 애플릿이다. Java Wallet은 이 외에도 새로운 지불 및 서비스 cassette을 설치하게 해주고 강력한 보안 서비스 기능도 제공한다
사. Java Media APIs
Java Media API는 Java 프로그램에서 오디오, 비디오, 2D 이미지, 3D 그래픽, 애니메이션, 공동작업, 전화통신(telephony), 음성 등을 포함한 다양한 범위의 대화형 매체를 처리할 수 있도록하는 멀티미디어 클래스를 정의한다. Java Media API는 확장성이 매우 높아서 오늘날의 매체는 다 수용할 수 있을 뿐만아니라 새로 출현 할 매체의 기능도 첨가할 수 있게 되어 있다. Java Media API는 다음과 같이 여러 가지 컴포넌트들로 구성되어 있다.
- Java Media Framework APIs
- Java Collaboration API
- Java Telephony API
- Java Speech API
- Java Animation API
- Java 2D API
- Java 3D API
아. Java Magement APIs
Java Magement API는 인터넷상에서 기업 네트워크를 관리할 수 있는 애플릿을 만드는데 필요한 Java 객체와 메쏘드를 모아놓은 클래스로서 다음과 같은 여러 가지 컴포넌트들로 구성된다.
- Admin View Module : 웹 브라우저 하이퍼텍스트상에서 사용자 모델 구현 지원
- Base Object Interface : 기업의 분산된 자원과 서비스를 나타내는 객체 구성
- Managed Notification Interfaces : 이벤트 관리 서비스 구성
- Managed Container Interfaces : 관리 응용프로그램에서 관리대상이 되는 객체들을 그룹으로 묶는 기능
- Managed Data Interfaces : Base Object Interfaces를 관계형 데이터베이스로 확장할 때 매 핑 속성
- Managed Protocol Interfaces : Base Object Interfaces을 확장할때 분산과 보안능력 구현
- SNMP Interfaces : Base Objects가 기존의 SNMP 에이전트로부터 얻은 정보를 포함할 수 있게 지원
자. PersonalJavaTM APIs
PersonalJavaTM API는 가정이나 사무실 또는 이동시의 개인 장비에서 네트워크와 연동하여 실행되는 응용프로그램을 개발하기 위한 클래스를 지원한다. PersonalJava에 적합한 장비로는 hand-held 컴퓨터, 셋탑 박스, 게임 콘솔, 이동용 장비, 스마트 폰 등이 있으며, 이러한 장비들은 데스크탑 시스템과는 달리 다음과 같은 여러 가지 제약사항을 가지고 있다
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. 다양한 사용자 인터페이스 기술 사용
. 적은 용량의 메모리와 화면 크기가 적은 스크린 사용
. 내장형 프로세서 사용
. 저소비전력
. 빠른 응답시간
. 물리적 크기
PersonalJavaTM API는 이러한 제약사항들을 해결하고 시스템관리 기능이 없는 환경에서 장비들이 동작할 수 있도록 하기위한 기능을 제공한다.
타. EmbeddedJavaTM APIs
EmbeddedJavaTM API는 휴대 폰, 페이저, 프로세스 제어, 여러 가지 기구, 사무실 주변장비, 네트워크 라우터 및 스위치 등의 고용적 내장형 장비의 소프트웨어를 효율적으로 개발할 수 있게 해준다. EmbeddedJava API는 어떠한 실시간 운영체제에도 쉽게 이식할 수 있게 되어 있으며 여러 종류의 마이크로프로서에서 실행 가능하다. EmbeddedJava API를 사용함으로써 코드 이식성과 재사용에 의해 제품의 시장 출하 시기를 크게 앞당길 수 있다. 내장 소프트웨어는 제한된 자원 환경에서 실행되어야 하기 때문에 응용프로그램을 개발할 때는 제품에 따라 요구되는 기능을 선택하여 재구성 할 수 있어야 한다. 예를 들어, 페이저같은 장비는 파일 시스템이 필요하지 않기 때문에 파일 시스템을 제거하고 소프트웨어를 개발해야 된다. EmbeddedJava API는 개발 제품에 따라 최소한의 메모리를 사용하여 고도의 확장성, 모듈화, 재구성 특성을 제공한다.
3. Java 응용프로그램과 애플릿
Java 플랫폼에서는 애플릿(Applet)과 일반적인 애플리케이션(Application) 형태의 두 가지가 프로그램이 존재한다. '작은 프로그램'이라는 뜻을 가진 애플릿은 실행시에 브라우저를 필요로 하는 프로그램으로서 HTML 문서 내에 포함될 수 있는 Java 프로그램을 가리키며 웹 페이지 내에서 실행된다. 즉, .java란 확장자를 가진 Java 소스코드는 .class란 확장자를 가진 바이트코드로 컴파일 되며 이 바이트코드는 Java 가상머신을 위한 명령어가 된다. 애플릿을 생성하기 위해서는 이 바이트코드 파일을 HTTP 서버에 보관하고 <applet code=filename>란 태그를 웹 페이지에 첨가하며 이 태그는 바이트코드 파일에 대한 엔트리 포인트로 이용된다. 후에 사용자가 그 웹 페이지를 방문하게 되면 <applet> 태그에 의해 서버에 저장된 바이트코드 파일은 네트워크를 통해 최종 사용자의 브라우저로 전송되어 실행되어 진다. 애플릿은 네트워크로부터 다운로드되어 사용되기 때문에 다운로드 시간을 줄이기 위하여 일반적으로 작은 크기의 모듈화 형태로 만들어 진다. 애플릿은 클라이언트 쪽의 안전성과 보안을 위해서 애플리케이션과는 달리 다음과 같은 제약점을 가지고 있다.
- 애플릿은 클라이언트 시스템의 파일에 대해 read/write를 금지한다.
- 애플릿은 클라이언트 시스템의 다른 프로그램을 동작시키거나 새로운 프로세스를 생성시킬 수 없다.
- 애플릿은 서버를 제외한 다른 호스트와 새로운 연결을 만들수 없다.
이렇게 애플릿에 대한 제한이 심한 것은 웹 페이지는 누구나 방문할 수 있는 장소이기 때문이다.. 특히 엄격한 네트워크 보안 문제 때문에 일반적으로 애플릿은 데이터를 저장하는 능력이 없다. 그래서 아주 간단한 카운터 애플릿을 만들려고 해도 다른 애플리케이션에 요청해야 한다. 네트워크 기능을 갖는 대부분의 애플릿들은 자신의 데이터를 관리하는 서버 프로그램을 필요로 한다. 실제 웹 여행자가 보는 것은 화려한 애플릿뿐이지만 애플릿의 부족한 기능을 제대로 보완해주는 Java 애플리케이션의 역할이 크다.
애플리케이션은 실행시에 브라우저가 필요하지 않은 프로그램으로서 애플릿과는 달리 네트워크로부터 다운로드되지 않고 로칼에서 호출되어 실행된다. Java는 프로그래밍 언어임으로 이 언어로 작성된 프로그램은 당연히 Java 어플리케이션이 된다. 이렇게 구현된 어플리케이션은 하나의 main() 부분을 가지고 있으며 독립적인 프로그램이며 다른 언어의 프로그램과 유사하다. 웹 브라우저중의 하나인 HotJava가 가장 널리 알려진 Java 애플리케이션이며 Java 인터프리터, 컴파일러, 디버거 등 Java 개발을 위한 환경 도구들도 모두 Java 애플리케이션이다. Java 애플리케이션은 웹 페이지 안에서 볼 수 없고, 독자적으로 실행되는 것이기 때문에 친숙하지 않을 뿐이지, 사실은 애플릿보다 훨씬 범위가 넓다. 반면, 현재 웹에서 Java를 사용하는 대부분의 방법은 Java 애플릿을 작성하는 것이다. Java 애플리케이션은 주로 서버에서 많이 사용된다.
애플릿과 애플리케이션은 호출방법에서 차이가 있기는 하지만 대부분의 경우에서 기능은 거의 유사하다. 예를 들어, 애플릿과 애플리케이션은 둘다 서버의 데이터베이스와 데이터를 억세스하며 서버에 결과를 보관한다. 그러나 로칼 시스템을 액세스 할때는 어플리케이션이 애플릿에 비해 자유도가 높다. 애플리케이션은 로칼 데이터에 대해 정상적으로 read/write를 할 수 있다.
4. JDK(Java Development Kit)
JDK(Java Development Kit)란 Java 개발자를 위한 환경과 도구를 말한다. 즉, Java 애플릿 개발, Java 애플리케이션 개발, Java 디버깅을 위한 여러 가지 환경을 제공한다. Java의 개발 환경은 JDK 1.0.2 버전에서 시작하여 현재 JDK 1.1.4 버전까지 발표되어 있다. JDK 1.0은 다음과 같은 8개의 패키지로 구성으로 되어있다.
◇ classes.zip : GUI와 그래픽 프로그래밍을 위한 AWT(Abstract Window Toolkit)를 포함한
각종 라이브러리
◇ javac : Java 컴파일러. 자바 코드를 바이트코드(중간코드)로 컴파일해 줌
◇ java : Java 인터프리터. javac로 컴파일된 바이트코드를 실행함
◇ jdb : Java 프로그램을 디버깅할 수 있는 커맨드 라인 디버거
◇ javah : Java 클래스로부터 C 헤더파일과 C stub파일을 만들어 주는 도구
이를 통해 Java 코드와 C 코드를 연결할 수 있슴
◇ javap : 컴파일된 Java 파일을 디스어셈블해 주는 도구
◇ javadoc : Java 소스 코드로부터 HTML 형태의 API문서를 만들어 줌
◇ appletviewer : 웹브라우저 없이 애플릿을 실행할 수 있게 해주는 도구
JDK 1.1 버전은 JDK 1.0 버전에 비해 기능적인 면에서나 양적인 면에서 엄청난 발전을 가져왔다. JDK 1.1 버전에는 프로그램 개발자나 이용자가 사용할 수 있는 기능이 많이 추가되어 있기 때문에 JDK 1.1 버전에서 제공하는 기능을 잘 활용하면 프로그래밍에 대한 부담이 훨씬 줄어들 수 있다. 썬 뿐만 아니라 많은 소프트웨어 개발업체들이 계속적으로 JDK 기능 보강을 위해 노력하고 있기 때문에 향후에는 프로그래밍의 최소화를 통한 소프트웨어 생산성의 극대화가 곧 달성될 것으로 전망된다. 따라서 JDK 버전갱신에 따른 JDK 기능변화의 계속적인 추적이 매우 중요하다.
V. Java 기술 관련 시장 동향
Java 컴퓨팅 기술은 단순성, 보안성, 신뢰성, 적응성 등의 특성 때문에 대형 컴퓨터로부터 스마트 카드에 이르기까지 그 적용 범위가 크게 확대되면서 다양한 제품과 서비스 시장에 큰 변화가 예고되고 있다. 다음에 기업 컴퓨팅 환경 구축에 핵심 요소로 등장할 thin 클라이언트, 가전제품 및 네트워크 기기를 위한 내장형 시스템, Java 칩, Java 스마트 카드 등에 대한 시장 동향을 살펴본다.
1. Java 기반 thin 클라이언트
Thin 클라이언트 개념의 네트워크 컴퓨터는 데스크탑을 관리하는 비용 면에서는 저렴하고 인터넷과 작업에 필요한 데이터만 다운로드 하여 작업을 수행하는 실행코드의 이동이 가능한 Java 컴포넌트 기술로 인해 기능 면에서는 뛰어난 성능을 제공한다.
Java 컴퓨팅은 데스크탑 PC에 비해 하드웨어/소프트웨어 구입시 비용을 절감하고, 데스크탑에 비해 복잡성이 줄어든다. 즉, 모든 운영체제와 데이터가 서버에 저장되고, 서버에서 모든 소프트웨어의 갱신하고 시스템을 관리함으로 각 클라이언트 호스트의 지원 하부구조가 적어짐으로 각 클라이언트 사용자의 유지비용이 절감된다. 또한 네트워크 컴퓨터의 장애 발생시 시스템 교환을 통해 신속히 해결하고 지원 대상 플랫폼 수가 감소되어 관리비용을 절감할 수 있으며, "Write Once, Run AnywhereTM"로 응용 프로그램의 개발비용을 절감하며, 네트워크 보안의 복잡성을 줄여 저가의 고성능 클라이언트를 만들 수 있다.
Gartner Group에 따르면, 소프트웨어 구매 비용, 소프트웨어 갱신, 설치, 기술 지원 등을 포함한 마이크로소프트 윈도우 기반의 네트워크 PC를 소유하는 전체 비용이 거의 매년 12,000달러에 이르고 있으며, Java 컴퓨팅을 지원하는 thin 클라이언트는 단지 2,500달러 정도로 예측하였다.
이렇게 Java 기반 thin 클라이언트는 여러 가지 장점을 가지고 있으므로 여러 업체에서는 Java 기반 클라이언트를 개발하고 있으며 그 활용도가 매우 증가할 것으로 예측된다. 근래에 IBM은 Java 가상 머신(JVM)을 탑재한 IBM Network Station Series 300과 Series 1000을 발표하였다. Hitachi는 다양한 종류의 서버에 운용될 수 있고 Netscape의 Navigator, 다양한 Java 가상머신, UNIX와 엔터프라이즈 서버를 지원하는 700달러 미만의 ultra-thin desktop인 Neoware Systems을 공개하였다. 마이크로소프트는 WBT(Windows-Based Terminal)를 네트워크 컴퓨터의 대안으로 제시하였다. WBT는 로칼 운영체제로 Windows CE를 탑재하고 있으며 Java 가상머신과 브라우저가 Windows NT 서버에서 운용될 것으로 보인다. 그밖에도 HP, Tektronix, NCD 등이 ultra-thin client 기술을 바탕으로 네트워크 컴퓨터를 출시할 예정이다.
IDC의 자료에 따르면 PC가 1997년 말까지 인터넷에 8천 2백만대, 2001년에는 연 34% 증가하여 2억 6천 8만대가 연결될 것으로 예측되나, 네트워크 컴퓨터, NetTV 등의 네트워크 컴퓨팅 시장은 그림 7과 같이 매우 높아서 연평균 100% 이상으로 성장하여 전체 시장의 35%를 점유할 것으로 예상하고 있다.
2. 가전제품 및 정보 단말기를 위한 PersonalJava/EmbeddedJava
EmbeddedJava는 모빌 폰, 페이저, 공장 자동화 장비, 네트웍 라우터, 프린터 등과 같이 제한된 사용자 인터페이스를 가지는 저전력 또는 이동형 디바이스 개발을 위해 Java 컴퓨팅 기술을 제공하고, PersonalJava는 웹브라우징 폰, PDA, 셋톱박스 등과 같이 네트워킹 기능을 가지며 웹상에서 애플릿에 대한 호환성을 요구하지만 완전한 엔터프라이즈 서비스를 요구하지 않는 하드웨어적인 제약을 갖는 디바이스 개발을 위해 Java 컴퓨팅 기술을 지원한다. 현재 많은 회사들이 PersonalJava/EmbeddedJava 기술을 라이센스하여 자사 시스템을 개발하고 있으며 이러한 추세는 더욱 늘어날 전망이다.
미쓰비시와 UCSC(University of California, Santa Cruz)에서는 썬의 EmbeddedJava/ PersonalJava 기술이 구체화되기 전에 이미 Java 기술을 적용하여 내장형 시스템을 개발하였으며 최근에 Acorn, Chorus, GeoWorks, Lucent Technologies, Microtec, Microware], QNX, WindRiver 등의 실시간 운영체제 업체들이 썬의 EmbeddedJava와 PersonalJava를 라이센스함으로써 각 회사의 실시간 플랫폼과 EmbeddedJava와 PersonalJava를 통합하여 EmbeddedJava와 PersonalJava를 판매할 수 있게 되었다. EmbeddedJava와 PersonalJava를 라이센스한 업체들의 시장 점유율이 전체 상용 실시간 운영체제 시장의 50% 이상을 차지하고 있음을 볼 때 향후에는 실시간 운영체제와 Java 기술이 통합된 내장형 시스템의 시장 점유율이 매우 높아질 것으로 보인다. 주목할 만한 것은 썬이 1997년 상반기에 인수한 정보기기 개발 업체인 Diba가 Microware사와 협력관계를 맺고 있고 1997년 9월에 Chorus사를 인수함으로써 썬도 내장형 실시간 시스템 시장에 직접 진출하고 있다는 점이다.
미쯔비시는 EmbeddedJava/PersonalJava 기술이 구체화되기 전에 Java 기술을 M32R/D에 적용하여 제품을 개발하여 왔으나 최근에는 EmbeddedJava/PersonalJava 기술을 채택하기로 결정하였다. 미쯔비시는 EmbeddedJava/PersonalJava 기술을 M32R/D에 적용하여 일차적으로 저전력을 사용하는 이동형 handheld 시스템인 PDA, PIC, Data Pager, 무선 Smart Phone 등을 개발할 예정이며 또한 네트워크 프로토콜 제어기, 디지털 스틸 카메라, 항법 시스템, TV/VCR의 GUI, 비디오 게임 등과 같이 고성능과 높은 대역폭을 필요로 하는 통신 및 그래픽 제어기에도 개발할 계획이다. 통신 회사인 Alcatel, Nortel 및 삼성도 최근에 PersonalJava를 그들의 새로운 웹폰 제품에 결합시키기로 공표하였으며, 이 세 회사는 연간 1,100억불의 웹폰 시장을 점유할 것으로 예측된다.
3. Java 칩(Chip)
Java 칩은 HPC, 삐삐, 팜탑, PDA 등 정보단말기 등과 셋탑박스, 휴대용 전화기 등에 내장되어 Java 코드가 직접 실행된다. 이를 위해, 썬은 Java 플랫폼을 반도체에 이식하는 기술에 역점을 두고 있으며, Java 프로세서는 성능과 비용 면에서 기존의 범용 프로세서를 능가하고 있다. LG 반도체를 비롯한 몇몇 마이크로프로세서 회사들은 특화된 Java 칩을 생산하거나 Java를 위한 최적의 칩을 개발 중에 있다. 물론 썬은 picoJava의 핵심 코어(core)를 내장한 microJava 칩을 개발하고 있다.
Java 칩은 네트워크 기기, 네트워크 컴퓨터, 3D 전용 그래픽 컴퓨터, 게임기 등에도 적용될 것으로 예측된다. National 반도체는 C와 Java 모두를 실행할 수 있는 저가의 최적화된 NS486을 개발하였고 DEC은 Java 프로세서로서 StrongArm을 판매중이며 최근에는 Patriot Scientific이 고용량 내장형 응용프로그램을 위한 PSC1000을 내 놓았다. PSC1000은 4기가 바이트의 메모리와 가상 메모리를 지원하며 1000 MIPS의 성능을 가진 32비트 100MHz RISC 프로세서이다. 현재 PSC1000은 picoJava 나 microJava 처럼 직접 Java 명령어를 수행하지는 않지만 PSC1000 C 컴파일러에 결합된 JIT(Just-In-Time) 컴파일러를 개발하기 위해 JavaSoft와 공동으로 작업을 수행하고 있다. 디지털 가전제품용 반도체시장은 디지털 가전제품용 반도체, 셋톱박스, DVD, 비디오 게임기 등 차세대 가전용 반도체 등의 수요 확대로 1997년에 270억달러, 2000년에 450억달러를 기록할 전망이며, 내장형 마이크로프로세서 시장은 2000년까지 연평균 12%씩 성장, 지난 1995년 18억 달러였던 시장이 21세기초에는 33억 달러로 확대될 것으로 전망이다[14].
4. 스마트카드
1997년 하반기에 JavaSoft는 Java 기반의 스마트카드와 개인용 전자제품에 대한 표준안인 JavaCard 2.0 사양을 인터넷 응용 프로그램과 데스크탑에 연동 될 스마트카드의 공통 API로서 개발자들에게 제공할 예정이다. 이들 공통 API에서는 Java 실행시간 라이브러리와 VM 및 특정 API를 제공하므로 스마트카드에 Java를 운용할 수 있다. JavaCard 2.0 사양은 16비트와 32비트 카드 칩, 카드 판독기 인터페이스, 애플릿 로딩, 개선된 인증 등을 지원한다[2]. IBM과 카드 제조업체인 Gemplus는 스마트카드와 응용프로그램의 개발 및 판매를 협력하기로 하였다. 이 협정에서 양 사는 전자상거래를 위한 다양한 응용스마트카드와 응용소프트웨어를 개발키로 합의하였다. Gemplus는 또한 JavaCard API에 적합한 공통 운영체제와 응용프로그램 인터페이스에 대하여 Schlumberger Electronic Transactions와 협력을 하고 있다. Siemens AG의 계열회사인 Siemens 반도체는 전자상거래, 이동컴퓨팅과 원격진료 등을 포함하는 다양한 응용 범위에서 사용할 차세대 스마트카드에 탑재될 새로운 컴퓨터 칩을 개발하기 위한 일환으로 썬과 Java 라이센스 계약을 추진하기로 발표하였다. 새로운 칩을 기반으로한 스마트카드는 1998년 중반에 양산될 계획으로 있다.
스마트카드는 전자상거래 활성화에 가장 중요한 기술 요소이다. 또한 Forrester Research는 150개의 미국 주요기업을 대상으로 연구한 보고서를 통해 인터넷을 이용한 기업간 상거래 시장규모는 1997년에 80억달러에 달하는 한편 5년후인 2002년에는 온라인 입찰이나 경매, 전자 카탈로그 등의 이용확대에 힘입어 3,270억달러로 증가할 것으로 전망했다. Jupitor Communications는 2000년 온라인 거래 지불 수단으로 전자화폐 41%, 스마트카드 26%, 신용카드 17%, 전자수표 13%, 기타 3%를 차지할 것으로 예상하였으며, 스마트 카드, 전자 화폐, 전자 수표가 73억달러의 온라인 상거래 지불 수단의 거의 절반을 차지할 것으로 전망하였다.
Killen & Associates사에 의하면, 스마트카드 시장이 1996년에 12억달러에서 2000년에 76억달러, 평균적으로 매년 16%씩 증가하여 2005년에 160억달러로 전망하고 있다.
VI. 결론
본 고에서는 Java 기술의 등장 배경과 Java 기술의 역사를 살펴보고 Java 기술의 특성을 살펴보았다. 또한 핵심적인 Java 기술로서 Java 운영체제, Java 가상머신을 살펴보고, 여러 가지 Java 기반 API와 Java 기술 관련 시장 동향을 살펴보았다.
Java는 현재 인터넷상의 차세대 객체지향 언어로서 사실상 인터넷 국제 표준언어의 역할을 한다고 해도 과언이 아니다. 월드 와이드 웹브라우저의 75% 이상을 점유하고 있는 Netscape에서 Java를 사용하고 있으며, 마이크로소프트사도 자사의 인터넷 표준으로 Java를 채택하고 있다. 또한 실리콘 그래픽스와 썬 마이크로시스템즈는 차세대 가상현실 모델링 언어인 VRML(Virtual Reality Modeling Language)를 Java에 포함할 수 있도록 계약을 체결하였다. 이밖에 IBM, SGI, Toshiba, Oracle, Boland, Adobe, Macromedia, Spyglass 등도 Java 라이센스를 계약하여 자사 제품에 Java를 지원한 새로운 제품을 현재 개발중이며, Java 스크립트 역시 약 25개의 회사들이 공동으로 계약을 체결한바 있다. 이와 같은 현상은 인터넷의 미래가 곧 Java로 인해 결정된다는 것을 보여주는 한 단면이라고 하겠다.
1백만 카피 이상의 JDK가 인터넷을 통하여 분배 되었고 1,000개 이상의 Java 기반 소프트웨어가 상품화 되었고 시스템공학연구소, IBM, 마이크로소프트, Oracle 등 세계 유수의 H/W, S/W 업체 및 연구소 등 150여개 이상의 기관에서 공식적인 라이센스 계약을 체결하였다. 초기의 월드 와이드 웹에서 동적 지원으로 각광을 받기 시작하여 최상의 인터넷 프로그래밍 언어로서 인정을 받게된 Java는 Java 칩, PersonalJava, EmbeddedJava, JavaCard 등의 개발이 완료되는 '97년 말경에는 그 기술 범위가 네트워크을 기반으로한 가정용 전자제품, PDA 등의 정보통신 단말기로 확대되어 활용될 것으로 예측 된다.
Java의 객체 지향, 플랫폼 중립성, 멀티쓰레딩, 분산처리 특성은 이제 인터넷상의 멀티미디어 구현을 용이한 프로그래밍 환경을 제공한다. 특히, 인터넷상의 멀티미디어 처리, 클라이언트 서버 모델의 분산 환경 시스템, 데이터베이스 검색 서비스, 실시간 시스템, 3D 그래픽 애니메이션, 게임, 교육용 소프트웨어 분야는 아주 전망이 밝고 그밖에도 적용 분야는 무한하다고 할 수 있다.
사용자는 기존의 고가인 데스크탑 컴퓨터가 아닌, 작고 저가격의 고성능 네트워크 컴퓨터를 사용할 수 있으며, 또한 개발자는 단지 한 번의 프로그래밍으로 모든 플랫폼의 컴퓨터에서 실행할 수 있는 소프트웨어를 단기간에 제작할 수 있으므로 개발 비용을 줄이고 생산성을 높일 수 있다. 이러한 강력한 기능은 소프트웨어 산업에서 새로운 질서를 형성할 것이고, 인터넷을 통한 소프트웨어의 판매 및 유지, 갱신은 소프트웨어 유통 형태에 변화를 가져올 것이다. Java로 제작한 프로그램은 더이상 매장에서 구입하지 않고, 인터넷상에서 거래됨으로 새로운 유통 구조가 나타날 것이며, 프로그램 저장을 위한 로칼 하드디스크도 필요하지 않고, 필요할 때 즉시 인터넷상에서 최신 버전의 프로그램을 읽어 들여 사용할 수 있을 것이다. 즉, 네트워크는 프로그램을 저장하는 운영체제 또는 하드디스크의 역할을 대신할 것이다. 또한, 고가의 데스크탑 PC가 아닌 저가의 네트워크 컴퓨터나 Java 터미널의 공급과 활용이 확대될 것이다. Java 기술은 플랫폼 독립적으로 작성되어 뛰어난 이식성을 제공한다. 이러한 Java의 특성은 기존의 독립적이고 반복적인 컴퓨터 프로그램의 시대에서 벗어나서, 향후에는 모든 프로그램이 네트워크 환경에서 실행되는 네트워크 프로그래밍의 시대가 될 것으로 전망된다.
약어 목록
API Application Programming Interface
AWT Abstract Window Toolkit
GUI Graphic User Interface
HPC Handheld Personal Computer
HTML HyperText Markup Language
IDL Interface Definition Language
IIOP Internet Inter-ORB Protocol
JDBC Java DataBase Connectivity
JFC Java Foundation Class
JDK Java Development Kit
JIT Just-In-Time
JNDI Java Naming and Directory Interface
JVM Java Virtual Machine
PDA Personal Digital Assistant
RMI Remote Method Invocation
SET Secure Electronic Transaction
VM Virtual Machine
VOD Video On Demand
VRML Virtual Reality Modelling Language
WBT Window-Based Terminal
WWW World Wide Web
참고 문헌
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