Javascript - Compiled or Interpreted? + JIT Compiling

최근에 학부 시절 배웠던 프로그래밍언어를 다시 공부하고 있어서 이번 기회에 실무 경험을 곁들여 다시 정리해보고자 합니다. 당시에는 다소 추상적으로만 알고 넘어갔던 개념들이 현업에서 직접 코드를 다루다 보니 다른 의미로 다가오더군요. 이번 글에서는 프로그래밍 언어를 구분하는 방법을 다시 짚어보고 본격적으로 JavaScript에 대해 알아보겠습니다.

프로그래밍 언어를 구분하는 방법

우리가 흔히 언어를 분류할 때 쓰는 기준은 크게 두 가지가 있어요.

사실 저는 딱 "컴파일 언어는 빠르지만 번거롭고, 인터프리터 언어는 느리지만 편리하다" 라고만 기억하고 있었어요. 이번 기회에 더 자세히 알아보겠습니다.

최근 언어들은 하나의 패러다임/기법에만 갇히지 않고, 혼합적(Hybrid) 성격을 띄어요.

• 예: Java는 바이트코드 컴파일 후 JVM 위에서 인터프리트해서 → 하이브리드 처리

내용 정리는 여기까지 하고, 본격적으로 JavaScript에서 대해서 알아볼게요. 이번 주제에서는 1번, 자바스크립트의 프로그래밍 처리 기법에 대해서만 다뤄보겠습니다. 2번 프로그래밍 패러다임에 대해서도 언젠간 정리할 예정이에요.

JavaScript의 처리 기법

자바스크립트를 제대로 이해하려면 언어레벨과 런타임레벨을 구분해야 해요.

• Language and Runtime

1
•   언어 레벨: ECMAScript 사양에 정의된 순수 계산 규칙. (ex. 변수, 함수, 클래스, 연산자 등)
2
•   런타임 레벨: 실행 환경이 제공하는 API. (ex. 브라우저의 DOM, Node.js의 fs, console.log 등)

순정 JavaScript 🪽 자체는 입출력조차 정의하지 않아요. (콘솔로그도 안됨!) 실제 애플리케이션을 만들 수 있는 건 호스트 환경(Host Environment) 덕분입니다. 이 호스트 환경안에 있는 인터프리터가 실제 코드를 실행해요.

JavaScript는 파이썬과 더불어 유명한 인터프리터 언어라고 알고 있지만 단순히 그렇게 설명하기에는 부족해요. 저희가 사용하는 JS는 결국에는 하이브리드 언어이거든요. 엔진(예: V8, SpiderMonkey)은 코드를 인터프리트하다가 반복 실행되는 영역을 감지하면 JIT 컴파일로 최적화해요. 덕분에 “빠르게 테스트 가능”하면서도 “실행 속도도 확보”하는 하이브리드 성격을 갖습니다. Is JavaScript Compiled or Interpreted Language

This hybrid approach balances fast startup (interpreted) and fast execution (compiled).

JavaScript 처리 기법 따라가기 step by step

런타임은 인터프리터이지만 요즘 엔진에는 JIT 컴파일러가 내장되어 있어요. 그래서 JS는 인터프리터 언어이자 컴파일도 지원하는 언어라는 말이 있는거죠.

Slides: Miricanvas

아래 간소화된 처리과정 예시를 따라가며 조금씩 알아보겠습니다.

1
const hello: string = 'hello';
2
console.log(hello);

1. 트랜스파일 - Babel, tsc나 웹팩 같은 도구를 사용해 자바스크립트 코드를 변환해요

• 목적: 최신 문법(ESNext)을 구형 브라우저나 런타임에서도 동작하게 함. 타입 정보를 떼어볼게요.

• 빌드타임

  1
  const hello = 'hello'; // transpiled via tsc, 타입 정보가 떼짐
  2
  console.log(hello);

2. AST 생성 (파싱) - 트랜스파일된 코드는 엔진에 전달되고, 추상 구문 트리(Abstract Syntax Tree)로 파싱해요.

• 이 AST는 이후 바이트코드를 생성하는 기반 자료구조가 됩니다.
• 각 소스 코드는 먼저 Lexing(토큰화) → Parsing(문법 분석) 단계를 거쳐 AST로 변환돼요.

1
{
2
  "type": "Program",
3
  "body": [
4
    {
5
      "type": "VariableDeclaration", // const hello = 'hello';
6
      "kind": "const",
7
      "declarations": [
8
        {
9
          "type": "VariableDeclarator",
10
          "id": { "type": "Identifier", "name": "hello" },
11
          "init": { "type": "Literal", "value": "hello" }
12
        }
13
      ]
14
    },
15
    {
16
      "type": "ExpressionStatement", // console.log(hello);
17
      "expression": {
18
        "type": "CallExpression",
19
        "callee": {
20
          "type": "MemberExpression",
21
          "object": { "type": "Identifier", "name": "console" },
22
          "property": { "type": "Identifier", "name": "log" }
23
        },
24
        "arguments": [{ "type": "Identifier", "name": "hello" }]
25
      }
26
    }
27
  ]
28
}

• https://astexplorer.net/ 이런 사이트에서 내 코드가 어떻게 AST가 되는지 볼 수 있어요.

3. 바이트코드 (IR) 생성 - 구조화된 AST 는 바이트코드로 변환해요.

• IR이란? Intermediate Representation. 말그대로 "중간 형태"

• 엔진이 기계어로 바로 변환하기 전에 사용하는 중간 형태를 말해요. V8에서는 “Ignition 바이트코드”가 이 역할을 합니다

• 목적: AST를 더 가볍고 실행하기 좋은 명령어열(바이트코드)로 바꿔 인터프리터가 바로 실행할 수 있도록 한다.

pseudo-bytecode:

1
LOAD_CONST "hello"       ; literal "hello" 을 스택에 올림
2
STORE_NAME "hello"       ; 스택 탑을 변수 hello에 저장
3
LOAD_GLOBAL "console"    ; 전역 객체 console 로드
4
LOAD_ATTR "log"          ; console.log 함수 획득
5
LOAD_NAME "hello"        ; 변수 hello 의 값 로드
6
CALL_FUNCTION 1          ; 함수 호출 (1개의 인자)
7
RETURN                   ; 종료

4. ✅ 인터프리트 (+ 컴파일) - 최적화된 IR을 머신코드로 변환해요. 이 과정에서 최적화도 진행해요.

• 바이트코드가 생성됐으니 이제 인터프리터가 읽을 수 있어요. 그런데 요즘 엔진은 똑똑해서 자주 호출되는 부분을 컴파일해서 더 빠르게 실행해요.

  이 단계는 아래에서 조금 더 설명하고, 일단 넘어갈게요. 여러번 불리는 영역이라 판단되어 최적화를 진행했다고만 이해해주세요.

  1
  # 최적화된 pseudo 머신코드
  2
  MOV R0, "hello"               # 리터럴을 레지스터에 바로 적재
  3
  CALL builtin_console_log(R0)  # console.log가 빌트인이라면 런타임이 이것을 바로 호출하도록 인라인 처리 가능
  4
  RET

  • 최적화는 이렇게 진행됐어요: 프로파일러가 HOT 하다고 판단했기 떄문에 (몇천번 호출 가정) hello 자체를 레지스터에 넣었어요.
  • console.log() 를 하나씩 탐색하는게 아니라 바로 (인라인으로) 호출하도록 탐색 경로를 캐싱했어요.
  • 최적화된 머신코드를 생성하고 코드 캐시에 저장해요.

고로 런타임은 아래 3단계를 거쳐 실행됩니다. How Modern Browsers Work

1. Parsing : 파싱
2. Compiling : 바이트코드(IR) 변환 + JIT 최적화
3. Executing : 인터프리트 실행 (또는 이미 만들어진 머신코드 실행)

4번으로 돌아가서 최적화 단계에 대해 좀 더 알아보겠습니다.

JIT Compiling (Just-In-Time Compiling)

Just-In-Time Compiling

JIT 컴파일은 (Wikipedia) JavaScript고유 특성이 아니에요. 다른 언어에서도 사용됩니다. Runtime compilation, dynamic compilation 등 다양한 용어로 불려요.

V8은 Ignition 인터프리터와 Turbofan 컴파일러를 사용하고 있어요. Launching Ignition and Turbofan

전통적 컴파일러는 실행 전 전체코드를 컴파일해서 실행하지만, JIT 컴파일러는 코드를 실행 (인터프리트) 하면서 특정 코드 영역을 실행하기 전 그 코드를 컴파일해서 실행해요.

예시를 가지고 살펴보겠습니다.

1
function add(a, b) {
2
  return a + b;
3
}
4

5
for (let i = 0; i < 100000000; i++) {
6
  // 1억번 실행 with different inputs
7
  add(i, i + 1); // 핫한 함수
8
}

처음 실행할때는 인터프리터가 add() 함수를 실행해요. 근데 몇(천)번 더 돌면🔥 핫하다고 판단하고 컴파일하자고 할거에요. 함수 호출 자체가 오버헤드는 맞으니까요 그러면 JIT 컴파일러가 개입해서 add() 를 머신코드로 컴파일해요. 그 다음부터는 머신코드로 실행되겠죠.

개념적 설명은

1. Runtime Profiling - 인터프리터가 바이트코드를 실행하면서 타입/호출 패턴 수집

• → Ignition 인터프리터가 지켜보다가

2. JIT Compiling - 자주 사용되는 함수/루프는 핫🔥하다고 판단하여 JIT 컴파일러로 보내져 최적화된 IR로 변환

• 🔥 기준: 실행횟수 & 타입 안정성 & 인라인 캐시(Inline Cache) 히트/미스, 호출 패턴 등 여러 피드백을 종합한 heuristics
• → 내부적으로 “이 함수 타입패턴 안정적 + 많이 쓰임”이라고 판단하면

3. IR Optimization - IR 최적화(인라인화, 불필요한 로드 제거 등) → 머신코드 생성

• → Turbofan이 이 함수를 JIT 최적화합니다.

코드가 여러 번 실행되면 런타임 프로파일러가 “핫”한 경로를 감지하고, JIT(예: V8의 Turbofan)이 고성능 네이티브 머신코드로 컴파일해 다음에는 바로 사용할 수 있도록 코드캐시에 저장해두어 성능을 올리는 방법이에요.

JIT 최적화 몇가지 예시들입니당

1. 인라인화 (Inline)

1
for (let i = 0; i < 100000000; i++) {
2
  // add(i, i+1)를 호출하지 않고, 내부 로직을 직접 대체해요.
3
  i + (i + 1);
4
}

2. 상수 접기 (Constant Folding)

1
const x = 2 * 3 + 4; // 2*3+4는 상수 표현식 -> x = 10;으로 미리 계산해둠 (런타임에 안하도록)
2
console.log(x);

3. 불필요한 코드 제거 (Dead Code Elimination): 실행 결과에 영향을 주지 않는 코드를 찾아서 없애는 최적화입니다.

1
function add(a, b) {
2
  return a + b;
3
}
4

5
add(1, 2)
6
...
7
add(3, 4)
8
add('a', 'b') // opt 해제 (de-opt)

Transpiling vs Compiling (번외)

따라서 우리는 Javascript를 실행할때 한줄 실행이 아닌, 여러 단계의 트랜스파일링과 컴파일링을 거쳐 실행된다는 것을 알 수 있어요.

References:

• Is JavaScript Compiled or Interpreted Language
• How Modern Browsers Work
• V8 Blog
• Understanding the V8 JavaScript Engine

To study:

• deoptimization을 피하기 위한 해결책들 ?
  • How to write optimized JavaScript