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C#의 JIT 컴파일이란?

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By 고양이 사서 14 분읽는 시간

C#이나 JAVA와 같은 언어들은 JIT(Just-In-Time) 컴파일을 사용합니다.

.NET에서의 C#은 전통적인 컴파일 언어와 인터프리터 언어의 특성을 혼합한 하이브리드 언어로 이해할 수 있습니다.

  1. 컴파일 언어적 특성
    • IL 컴파일: C# 코드는 먼저 C# 컴파일러에 의해 중간 언어(Intermediate Language, IL)로 컴파일됩니다. 이 과정은 전통적인 컴파일 언어와 유사하며, 소스 코드를 컴파일하여 IL 코드(어셈블리)를 생성합니다.
  2. 인터프리터 언어적 특성
    • 런타임 컴파일: 프로그램 실행 시 JIT 컴파일러가 IL 코드를 기계어로 변환합니다. 이 부분은 인터프리터 언어의 특성과 유사하여, 코드를 실행하는 시점에 변환이 이루어집니다.
    • 동적 실행: 필요한 시점에 필요한 부분만 컴파일하여 실행하는 방식은 인터프리터 언어의 동적 실행 모델과 유사합니다.

이 특징을 가진 방식을 JIT(Just-In-Time) 컴파일이라고 합니다.

컴파일과 인터프리터 특징

  • 컴파일 방식: 프로그램을 실행하기 전에 딱 한 번 기계어로 변환해 실행하는 방식
  • 인터프리터 방식: 코드를 실행할 때마다 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 한 줄씩 변환하는 방식

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JIT(Just-In-Time) 컴파일이란?

JIT 컴파일은 첫 컴파일 단계에서 중간 언어(Intermediate Language, IL)로 만들어 두었다가, 프로그램을 실제 실행하는 시점에 필요한 부분을 기계어로 변환하는 컴파일 방식입니다.

그럼 왜 이런 방식을 사용하는 걸까요?

우선, 기존 C/C++의 컴파일 방식 언어는 인터프리터 언어나 JIT 컴파일 언어들에 비해 빠르다고 많이 들어봤을 겁니다.

그 이유는 기존 컴파일 언어는 실행 환경에 맞춰 한 번에 정적 네이티브 코드(.exe, 컴퓨터가 바로 실행 가능한 코드)를 생성합니다.

따라서, 이미 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 되어있기 때문에, 실제 실행 단계에서 코드를 기계어로 번역하는 시간을 줄일 수 있기 때문입니다.

반면 인터프리터 방식은 소스 코드를 실행 시간에 한 줄씩 읽고 컴파일하며 실행하기 때문에, 컴파일 시간이 필요합니다.

대신, 소스 코드를 작성하고 바로 테스트 할 수 있기 때문에 개발 및 테스트 주기가 빠르고, 인터프리터가 설치된 환경에서는 소스 코드를 해당 환경에 맞춰 컴파일하기 때문에 똑같은 코드를 다양한 운영체제에서 실행할 수 있습니다.

따라서, JIT 컴파일 방식은 이 두 방식의 장점을 결합한 것으로, 실행 시간을 줄이면서도 코드의 유연성(효율성)을 증가시키려고 노력한 것이라고 보면 될 것 같습니다.

또한, JIT(Just-In-Time) 컴파일 방식은 한 번 컴파일 한 기계어는 이후 다시 호출될 때 이미 변환된 코드를 사용할 수 있으므로 인터프리터 방식 보다는 훨씬 실행 속도가 빠릅니다.

IL(Intermediate Language) 이란?

IL(Intermediate Language)은 .NET에서 사용하는 중간 언어입니다.

C#은 소스 코드를 먼저 중간 언어(Intermediate Language, IL)로 컴파일하고, 프로그램이 실행될 때, 필요한 부분의 IL 코드를 읽어 .NET 런타임 환경인 CLR(Common Language Runtime)에서 기계어로 다시 컴파일하게 됩니다.

즉, IL(Intermediate Language)은 .NET이 설치된 어떠한 환경에서도 실행할 수 있도록 하는, 플랫폼에 독립적인 바이트 코드입니다.

IL(Intermediate Language)의 특징

  • 기계어와 고수준 언어의 중간 단계: 고수준 언어와 기계가 이해할 수 있는 기계어 사이의 중간 단계입니다.
  • 플랫폼 독립성: IL 코드는 플랫폼에 맞춰 컴파일 되는게 아니기 때문에, 다양한 운영 체제에서 동일하게 실행될 수 있습니다.

런타임 환경(Runtime Environment)

C#이나 JAVA와 같은 JIT 컴파일 언어들은 컴파일 시 중간 결과인IL(Intermediate Language) 코드를 생성합니다.

그리고 이 “IL 코드”를 실제 실행 환경에서 컴파일 할 수 있는 환경이 필요합니다.

즉, C#이나 Java와 같은 JIT 컴파일 언어들은 중간 언어(Intermediate Language, IL)를 실행하기 위해 IL을 해석하고 컴파일할 수 있는 “해석 기관”이 필요합니다.

이러한 “해석 기관”을 런타임 환경(Runtime Environment)이라고 합니다.

C#에서는 이를 CLR(Common Language Runtime)이라고 하고, JAVA에서는 JRE(Java Runtime Environment) 혹은 JVM(Java Virtual Machine)이라고 합니다.

CLR (Common Language Runtime)과 JIT 컴파일

CLR(Common Language Runtime)은 .NET의 핵심 구성 요소로, 다양한 .NET 언어(C#, VB.NET, F# 등)로 작성된 코드가 실행될 수 있도록 지원하며, 메모리 관리, 보안, 예외 처리, 스레드 관리 등 여러 중요한 기능을 담당합니다.

CLR은 IL 코드를 JIT 컴파일을 통해 기계어로 변환하고, 이 변환된 코드를 실행합니다.

CLR (Common Language Runtime)의 다양한 기능

  • 어셈블리 로딩: CLR은 .NET 어셈블리(일반적으로 .dll 또는 .exe 파일)를 로드하고, 이들 어셈블리의 메타데이터와 IL(Intermediate Language) 코드를 읽어들입니다.
  • JIT 컴파일: CLR은 IL 코드를 실행 시점에 네이티브 기계어로 변환하여 실행합니다. 이는 실행 성능을 최적화하고 플랫폼 독립성을 제공합니다.
  • 메모리 관리: CLR은 가비지 컬렉션을 통해 메모리를 자동으로 관리합니다. 개발자가 객체를 생성하고 사용하면 CLR이 필요 없어진 객체를 찾아 메모리를 해제합니다.
  • 예외 처리: CLR은 예외 처리 메커니즘을 제공하여, 예외가 발생할 경우 적절한 처리를 할 수 있도록 합니다.
  • 보안: CLR은 코드 액세스 보안(CAS, Code Access Security)을 통해 코드가 수행할 수 있는 작업을 제한합니다. 이를 통해 시스템 리소스를 보호하고, 안전하지 않은 코드로부터 시스템을 보호합니다.

JIT(Just-In-Time) 컴파일 정리

C#의 실행 환경에 대해 정리하자면 다음과 같다고 볼 수 있을 것 같습니다.

  1. 컴파일 타임에 C# 코드를 IL(Intermediate Language) 코드로 변환합니다.
  2. CLR 환경 내에서 프로그램 실행 도중 JIT(Just-In-Time) 컴파일러가 필요한 부분의 IL 코드를 기계어로 변환합니다.
  3. 이후, 해당 코드를 실행할 때, 기계어로 변환된 코드를 사용합니다.

즉, JIT(Just-In-Time) 컴파일은 프로그램을 실행하는 시점에 필요한 코드를 기계어로 변환하여 사용하는 컴파일 방식이라고 정리할 수 있을 것 같습니다.

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JIT(Just-In-Time) 컴파일 방식의 장점과 단점

장점

  • 플랫폼 독립성: IL 코드는 플랫폼에 독립적이므로, CLR이 설치된 환경이라면 동일한 어셈블리가 다양한 플랫폼에서 실행될 수 있습니다.
  • 실행 시 최적화: 실행 중에 런타임 정보를 기반으로 최적화할 수 있어, 런타임 환경에 맞춘 성능 최적화가 가능합니다.
  • 메모리 효율성: 필요한 코드만 기계어로 변환하기 때문에 메모리 사용이 효율적입니다.

단점

  • 초기 실행 지연: 코드를 처음 실행할 때 JIT 컴파일로 인해 약간의 지연이 발생할 수 있습니다.
  • 예측 불가능한 성능: JIT 컴파일 시간과 최적화가 실행 중에 이루어지므로, 성능이 예측하기 어려울 수 있습니다.

요약하자면, JIT(Just-In-Time) 컴파일은 프로그램 실행 시점에 IL 코드를 기계어로 변환하여 실행하는 기술로, 런타임 최적화와 플랫폼 독립성을 제공하는 컴파일 방식이라고 볼 수 있습니다.

C++ vs C#

C++는 전통적인컴파일 언어로, 소스 코드가 직접 기계어(네이티브 코드)로 변환됩니다. 이 변환 과정은 실행 전에 이루어지며, 결과적으로 생성된 실행 파일은 특정 플랫폼에 종속적입니다.

반면에, C#은 IL로 먼저 컴파일되고, 이후JIT 컴파일을 통해 기계어로 변환됩니다. 이 과정은 컴파일 타임에 한 번, 실행 시점 한 번 이루어지며, 결과적으로 생성된 기계어는 실행 시점의 플랫폼에 맞춰져 있습니다.

즉, C++는 성능이 중요한 시스템 수준의 프로그래밍에 주로 사용되며, C#은 플랫폼 독립적인 애플리케이션 개발에 주로 사용됩니다.

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