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JVM 본문
- JVM이란?
Java Virtual Machine의 줄임말로 Java를 OS에 종속받지 않고 실행하기 위한 가상의 기계(컴퓨터)입니다.
Java 소스코드(*.java)는 OS가 인식을 하지 못하므로 기계어로 컴파일해줘야 합니다. 하지만 Java는 JVM을 거쳐서 OS에 도달하기 때문에 바로 기계어로 컴파일 되는게 아니라 JVM이 인식할 수 있는 Java bytecode(*.class)로 변환됩니다.
※ Java compiler
JDK를 설치하면 bin에 존재하는 javac.exe를 말하며 javac 명령어를 통해 .java 파일을 .class 파일로 컴파일함.
변환된 Java bytecode는 기계어가 아니기 때문에 OS에서 바로 실행되지 않습니다. 이 때, JVM이 OS가 Java bytecode를 이해할 수 있도록 해석해 줍니다. 그렇기 때문에 Java bytecode는 JVM 위에서 OS에 종속되지 않고 실행될 수 있는 것입니다.
- JVM 구성요소
JVM은 크게 다음과 같이 이루어져 있습니다.
- Class Loader :
JVM 내로 .class 파일을 로드하고 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈입니다.
런타임시 동적으로 클래스를 로드하고 .jar 파일 내 저장된 클래스들을 JVM위에 탑재합니다.
즉, Class를 처음으로 참조할 때 해당 Class를 로드하고 링크하는 역할을 합니다.
- Execution :
Class를 실행시키는 역할입니다.
Java bytecode는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태의 코드입니다.
그래서 Execution은 이와 같은 bytecode를 실제로 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경합니다.
※ JIT compiler
Just-In-Time compiler로 프로그램을 실제 실행하는 시점에 기계어로 번역하는 컴파일러.
인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 bytecode 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후에는 더 이상 인터프리팅 하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식.
한 번만 실행되는 코드라면 인터프리팅하는 것이 유리하기 때문에 JVM은 내부적으로 해당 메서드가 얼마나 자주 수행되는지 체크하고 일정 정도를 넘을때만 컴파일을 수행함. Java에선 Java compiler가 .java 파일을 .class 파일로 변환한 다음, 실제 .class 파일을 실행하는 시점에서 JVM이 .class 파일을 JIT 컴파일을 통해 기계어로 변환함.
- Runtime Data Area
- Runtime Data Area
런타임 시 클래스 데이터와 같은 메타 데이터가 저장되는 곳입니다.
간단하게 말하자면 프로그램을 수행하기 위해 OS로부터 할당받은 메모리 영역을 의미합니다.
Runtime Data Area는 다시 PC Register, JVM Stacks, Native Method Stacks, Heap, Method Area로 나뉩니다.
Java는 멀티 스레드 환경으로 모든 스레드는 Heap, Method Area를 공유합니다.
※ 프로세스(Process)
단순히 실행 중인 프로그램으로 사용자가 작성한 프로그램이 OS에 의해 메모리 공간을 할당받아 실행 중인 것.
프로세스는 프로그램에 사용되는 데이터와 메모리 등의 자원 그리고 스레드로 구성됨.
※ 스레드(Thread)
스레드란 프로세스 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체.
모든 프로세스에는 한 개 이상의 스레드가 존재하여 작업을 수행하고 두 개 이상의 스레드를 가지는 프로세스를 멀티스레드 프로세스(multi-threaded process)라고 함.
- PC Register :
스레드가 시작될 때 생성되며 스레드마다 하나씩 존재합니다.
JVM은 CPU에 직접 접근하지 않고 Stack에서 주소를 가져오기 때문에 가져온 주소를 PC Register에 저장합니다.
즉, 현재 어떤 명령을 실행해야 할 지에 대한 기록을 담당합니다.
- JVM Stacks :
프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메서드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장합니다.
각종 형태의 변수나 임시 데이터, 스레드나 메서드의 정보를 저장합니다.
메서드 호출 시마다 각각의 프레임(메서드만을 위한 공간)을 생성하고 메서드 수행이 끝나면 프레임 별로 삭제합니다.
메서드 안에서 사용되는 값들을 저장하고 메서드의 매개변수, 지역변수, 리턴 값 및 연산 시 일어나는 값들을 임시로 저장합니다.
- Native method stack :
실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역입니다.
Java가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간으로 Java Native Interface를 통해 bytecode로 전환하여 저장합니다.
Kernel이 자체적으로 Stack을 잡아 독자적으로 프로그램을 실행시키는 영역입니다.
※ 커널(Kernel)
커널은 OS 중 항상 메모리에 올라가 있는 OS의 핵심 부분으로 HW와 응용 프로그램 사이에서 Interface를 제공하는 역할과 컴퓨터 자원들을 관리하는 역할을 함.
가장 큰 목표는 컴퓨터의 물리적 자원과 추상화 자원을 관리하는 것
- Heap (자세히) :
GC의 대상이 되는 영역입니다.
객체를 동적으로 생성하게 되면 instance가 Heap 영역의 메모리에 할당됩니다.
- Method Area(Class Area, Static Area) :
Class 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 영역입니다.
올라가는 정보는 Field Information(멤버 변수에 대한 정보), Method Information(메서드에 대한 정보), Type Information(Class 인지 Interface 인지의 여부, Type의 속성, 전체 이름)
※ Runtime Constant Pool
Method Area에 있으며, 상수 자료형을 저장하여 참조하고 중복을 막는 역할을 수행함.
참 고 자 료
- JVM이란? 개념 및 구조 (JDK, JRE, JIT, 가비지 콜렉터...) | doozi
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