자바가상머신(JVM)

💡 처음 Java를 접했을 때 .java라는 파일을 생성했는데 왜 또 같은 이름으로 .class라는 게 생성이 될까? 그냥 하나의 파일로 할 수는 없는 건가? 왜 자꾸 파일을 생성해서 내 폴더를 지저분하게 하는 것인지 불만스러웠다.
(돌이켜보니 Java라는 언어를 처음에 꽤나 마음에 들어하지 않았던 것 같다 ㅋㅋ)
어쨌건 이제와서야 .java는 우리가 보기위한 파일이고 컴파일러가 열일을 해서 만든 .class 파일로 운영체제가 이해를 한다는 것을 알게 되었다.

💡 사실 CS 지식이 부족해서 그저 코드가 전달이 되면 순서대로 쭉쭉 읽어나가겠거니 생각을 했었는데, 변수 하나를 생성할 때도 영역이 따로 배정이 되고 참조되지 않는 변수를 제거하는 역할을 하는 녀석이 따로 있다는 것이 마냥 신기하기만 하다.
그리고 CS 지식의 중요성에 대해 뼈저리게 공감하게 되었다. 깃허브에 CS 관련 지식과 관련 면접 질의응답 등 자료가 많다는 것을 알게되었고 참고해서 공부하기로 마음을 먹었다.
하루에 시간을 정해서 1시간이라도 꾸준하게 본다면 좀 더 개발자다운 개발자로 성장할 수 있지 않을까?!

 

JVM(Java Virtual Machine)이란?

자바 가상 머신으로 ==자바 바이트 코드를 실행할 수 있는 주체 즉 Java Byte Code를 OS에 맞게 해석 해주는 역할==을 한다.

CPU나 운영체제(플랫폼)의 종류와 무관하게 실행이 가능하다. 즉 OS에 종속적이지 않고 Java 파일 하나만 만들면 어느 디바이스든 JVM 위에서 실행 할 수 있다.

즉, 운영체제 위에서 동작하는 프로세스로 ==자바 코드를 컴파일해서 얻은 바이트 코드를 해당 운영체제가 이해할 수 있는 기계어로 바꿔 실행==시켜주는 역할을 한다.

Java compiler는 .java 파일을 .class 라는 Java byte code로 변환시킨다. Byte Code 는 기계어가 아니기 때문에OS에서 바로 실행되지 않는데 이때 JVM은 OS가 ByteCode를 이해할 수 있도록 해석한다.

1. Class Loader

JAVA 컴파일러에 의해 .JAVA 파일이 .class로 컴파일 되는데 이 때 만들어진 ==클래스 파일을 RunTime 시점에 로딩==하게 해주며 클래스의 인스턴스를 생성하면 클래스 로더를 통해 메모리에 로드하게 됩니다.

2. Execution Engine

Load된 Class의 ByteCode를 실행하는 Runtime Module이 바로 Execution Engine입니다. Class Loader를 통해 JVM 내의 Runtime Data Areas 에 배치된 ==바이트 코드는 Executin Engine에 의해 실행되며, 실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행==합니다.

최초 JVM 이 나왔을 당시에는 Interperter방식(한 줄씩 해석하고 실행)이였기 때문에 속도가 느리다는 단점이 있었지만 JIT complier 방식을 통해 이 점을 보완했습니다. JIT는 ByteCode를 어셈블러 같은 NativeCode로 바꿔서 실행이 빠르지만 역시 변환하는데 비용이 발생합니다. 이 같은 이유 때문에 JVM은 모든 코드를 JIT Compiler 방식으로 실행하지 않고 Interpreter 방식을 사용하다 일정한 기준이 넘어가면 JIT Compiler 방식으로 실행합니다.

3. Garbage Collector

Garbage Collector(GC)는 Heap ==메모리 영역에 생성(적재)된 객체들 중에 참조되지 않는 객체들을 탐색 후 제거==하는 역할을 한다.
GC가 역할을 하는 시간은 정확히 언제인지를 알 수 없다.

4. Runtime Data Area

JVM의 메모리 영역으로 ==자바 애플리케이션을 실행할 때 사용되는 데이터들을 적재하는 영역==이다.
이 영역은 크게 ==Method Area, Heap Area, Stack Area, PC Register, Native Method Stack==로 나눌 수 있다.

자바 런타임 메모리(Runtime Data area)구조

4-1. Method area (메소드 영역)

클래스 멤버 변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자 정보같은 필드 정보와 메소드의 이름, 리턴 타입, 파라미터, 접근 제어자 정보같은 메소드 정보, Type정보(Interface인지 class인지), Constant Pool(상수 풀 : 문자 상수, 타입, 필드, 객체 참조가 저장됨), static 변수, final class 변수등이 생성되는 영역이다.

4-2. Heap area (힙 영역)

new 키워드로 생성된 객체와 배열이 생성되는 영역이다.
메소드 영역에 로드된 클래스만 생성이 가능하고 Garbage Collector가 참조되지 않는 메모리를 확인하고 제거하는 영역이다.

4-3. Stack area (스택 영역)

지역 변수, 파라미터, 리턴 값, 연산에 사용되는 임시 값등이 생성되는 영역이다.

int a = 10; 이라는 소스를 작성했다면 정수값이 할당될 수 있는 메모리공간을 a라고 잡아두고 그 메모리 영역에 값이 10이 들어간다. 즉, 스택에 메모리에 이름이 a라고 붙여주고 값이 10인 메모리 공간을 만든다.

클래스 Person p = new Person(); 이라는 소스를 작성했다면 Person p는 스택 영역에 생성되고 new로 생성된 Person 클래스의 인스턴스는 힙 영역에 생성된다.

그리고 스택영역에 생성된 p의 값으로 힙 영역의 주소값을 가지고 있다. 즉, 스택 영역에 생성된 p가 힙 영역에 생성된 객체를 가리키고(참조하고) 있는 것이다.

메소드를 호출할 때마다 개별적으로 스택이 생성된다.

4-4. PC Register (PC 레지스터)

Thread(쓰레드)가 생성될 때마다 생성되는 영역으로 Program Counter 즉, 현재 쓰레드가 실행되는 부분의 주소와 명령을 저장하고 있는 영역이다. (*CPU의 레지스터와 다름)
이것을 이용해서 쓰레드를 돌아가면서 수행할 수 있게 한다.

4-5. Native method stack

자바 외 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 메모리 영역이다.
보통 C/C++등의 코드를 수행하기 위한 스택이다. (JNI)

깃허브-1깃허브-2JVM이란 무엇인가JVM이란?