컴파일러, JIT, AOT, Graal, 그리고 Spring Native 이해하기

💡 이 포스트에서는 컴파일러, Just-In-Time(JIT), Ahead-Of-Time(AOT) 컴파일, GraalVM, 그리고 이들이 Spring Native와 어떻게 연관되는지에 대해 살펴본다. 이러한 개념들은 자바 및 다른 언어들이 다양한 런타임 환경에서 어떻게 작동하는지 이해하는 데 중요한 역할을 하며, Spring 애플리케이션이 이 기술들을 통해 성능을 최적화할 수 있는 방법을 제공한다.

1. 컴파일러란 무엇인가?

컴파일러는 프로그래밍 언어로 작성된 소스 코드를 기계어로 변환하는 도구이다. 두 가지 주요 컴파일 방식이 있다:

  • 정적 컴파일 (예: javac): 프로그램이 실행되기 전에 소스 코드를 기계어 또는 중간 형태로 변환한다. 자바에서는 .java 파일을 .class 파일(바이트코드)로 변환하는 과정이다.
  • 동적 컴파일 (예: JIT): 프로그램이 실행되는 동안 코드의 일부를 기계어로 변환한다.

2. Just-In-Time (JIT) 컴파일

JIT 컴파일은 코드 실행 중에 컴파일하는 하이브리드 방식이다. 이를 통해 프로그램은 실행 패턴에 맞춰 적응하고 최적화할 수 있다.

JIT의 주요 특징:

  • 동적 최적화: 자주 사용되는 코드(핫스팟 코드)를 기계어로 컴파일하여 실행 속도를 높인다.
  • 플랫폼 독립성: 바이트코드 형태로 컴파일된 프로그램은 JVM을 사용하여 여러 플랫폼에서 실행될 수 있다.
  • 트레이드오프: JIT 컴파일은 실행 중 컴파일을 수행하기 때문에 초기 실행 속도가 느릴 수 있지만, 장기 실행에서 성능 향상을 가져온다.

3. Ahead-Of-Time (AOT) 컴파일

AOT 컴파일은 프로그램 실행 전에 코드를 미리 기계어로 변환하는 방식이다. AOT 컴파일은 여러 가지 이점을 제공한다:

  • 빠른 시작 시간: 코드가 이미 컴파일되어 있어 즉시 실행할 수 있다.
  • 적은 메모리 사용량: JVM이 필요 없으므로 메모리 사용량이 줄어든다.
  • 동적 기능 제한: 실행 중 동적으로 코드를 변경하거나 추가하는 기능은 AOT 컴파일에서 제약이 있다.

AOT의 활용:

자바에서는 GraalVM 네이티브 이미지를 통해 자바 애플리케이션을 AOT 컴파일하여 네이티브 실행 파일을 생성할 수 있다.

4. GraalVM

GraalVM은 여러 언어를 지원하는 고성능 런타임으로, 자바, 자바스크립트, 파이썬 등 다양한 언어를 실행할 수 있다. GraalVM은 자바 애플리케이션을 실행하는 두 가지 주요 방식을 제공한다:

  • Graal JIT 컴파일러: HotSpot JVM과 통합된 최신 JIT 컴파일러로, 실행 중 성능을 최적화한다.
  • AOT 컴파일을 통한 네이티브 실행 파일: 자바 애플리케이션을 미리 기계어로 컴파일하여 네이티브 실행 파일을 생성할 수 있다.

GraalVM의 장점:

  • 다중 언어 지원: GraalVM은 다양한 언어 간의 상호 운용성을 제공한다.
  • 네이티브 이미지: 빠른 시작 시간과 적은 메모리 사용량을 제공하여 클라우드 네이티브 및 마이크로서비스 애플리케이션에 적합하다.

5. Spring Native

Spring Native는 GraalVM의 AOT 컴파일을 활용하여 Spring Boot 애플리케이션을 네이티브 실행 파일로 컴파일하는 기능을 제공한다. 이를 통해 Spring 애플리케이션을 네이티브 이미지로 빌드할 수 있다.

Spring Native에서의 문제 해결:

  • 리플렉션 및 동적 기능 제한: GraalVM의 네이티브 이미지는 동적 기능을 제한하지만, Spring Native는 컴파일 시점에 필요한 메타데이터를 생성하여 이를 해결한다.
  • RuntimeHints 사용: 리플렉션이 필요한 클래스를 미리 지정하여 GraalVM이 이를 인식하도록 도와준다.

네이티브 Spring 애플리케이션 구축 단계:

  1. 필요한 의존성 (spring-native 및 native-maven-plugin)을 추가한다.
  2. 리플렉션과 프록시를 처리할 수 있도록 GraalVM 구성을 커스터마이징한다.
  3. Maven 또는 Gradle을 사용하여 네이티브 이미지를 빌드한다.

JIT와 AOT 컴파일은 각각 다른 장점을 제공하며, GraalVM은 두 가지 방식을 모두 지원하여 자바 애플리케이션의 성능을 최적화할 수 있다. Spring Native는 Spring 애플리케이션을 네이티브 이미지로 컴파일하여 더 빠른 시작 시간과 더 낮은 리소스 사용량을 가능하게 한다. 이러한 기술을 이해하고 잘 활용하면, 성능 최적화와 동적 기능 지원 간의 균형을 맞출 수 있다.