chapter02. JVM

📢 개요

본 포스팅은 신용권, 임경균님의 이것이 자바다 서적과 백기선님의 자바 기초 스터디를 follow-up 한다.

 

📌 목차

1. WORA
2. JVM
3. JVM의 구조

1. WORA(Write Once Run Anywhere)

대학교 정규 수업을 통해 C언어를 수강한 경험이 있다면, OS(리눅스, 윈도우)에 따라 소스 코드를 따로 작성하는 수고스러움을 한 번쯤은 경험해보았을 것이다. 이러한 단점을 보완하고자 등장한 자바는 Write Once Run Anywhere 즉, '한 번 작성하면 어디서든 실행된다'라는 슬로건을 내세우는데, 이러한 역할이 가능한 이유는 바로 어플리케이션과 OS 사이에 존재하는 JVM에 있다.

 

2. JVM

JVM이란 Java Virtual Machine의 줄임말로, 자바 코드(.java)를 컴파일하여 바이트 코드(.class)로 변환하고 이를 OS에 맞는 기계어로 변환하여 자바 애플리케이션을 실행시켜주는 역할을 한다. 이러한 역할을 하는 JVM 덕분에 자바 애플리케이션은 어떤 플랫폼에도 종속되지 않고 실행되는 장점을 가진다. 포스팅을 작성하다 꽤나 흥미로운 글을 발견했는데, 한 번쯤 읽어보면 좋을 것 같다.

"JVM이란 무엇인가" 자바 가상 머신 이해하기

 

3. JVM의 구조

 

3-1. 클래스 로더 (Class Loader)

컴파일 된 클래스 파일(.class)을 읽어 런타임 시 JVM에 로드하며, 로드, 링크, 초기화 3단계를 거친다.

• 로드(Loading) : 클래스 파일을 필요한 시점에 동적으로 JVM 메모리에 로드한다.
• 링크(Linking) : 클래스 파일을 사용하기 위해 검증한다.
• 초기화(Initialization) : 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화한다.

3-2. 실행 엔진 (Execution Engine)

클래스 로더(Class Loader)에 의해 JVM의 런타임 데이터 영역(Runtime Data Area)에 로드된 바이트코드(.class)를 명령어 단위로 읽어 실행한다. 이 과정에서 실행 엔진은 인터프리터와 JIT 컴파일러 두 가지 방식을 혼합하여 사용한다.

• 인터프리터(Interpreter) : 바이트 코드 명령어를 한 줄씩 읽어 해석하고 실행한다. 컴파일 단계를 거치지 않기 때문에 컴파일 시간을 단축할 수 있다는 장점이 있으나, 같은 메소드를 여러 번 호출할 경우, 매번 해석하고 실행하므로 속도가 느리다.
• JIT 컴파일러(Just-In-Time Compiler) : 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로, 바이트코드를 컴파일하여 네이티브 코드(Native Code)로 변환하고, 이를 캐싱해 두었다가 이후 네이티브 코드를 직접 실행하는 방식이다.
• 가비지 컬렉터(Garbage Collector) : 더 이상 사용하지 않는 메모리를 자동으로 회수해 주는 역할을 한다.

3-3. 런타임 데이터 영역(Runtime Data Area)

 

JVM이 자바 프로그램을 수행하기 위해 OS로부터 별도로 할당받은 메모리 공간을 말한다. 크게 5가지 영역으로 나뉜다.

• 메서드 영역(Method Area) : JVM이 시작될 때 생성되는 공간으로 바이트 코드(.class)를 처음 메모리에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간이다. 클래스, 인터페이스, 메서드, 필드, static 변수 등의 바이트 코드를 보관하며, 모든 쓰레드가 공유하는 영역이기도 하다.
• 힙 영역(Heap Area) : 메서드 영역과 함께 모든 쓰레드가 공유하며, new 키워드로 생성된 객체와 배열이 저장되는 공간이다. 주기적으로 가비지 컬렉터가 제거한다.
• PC 레지스터(PC Register) : 쓰레드가 생성될 때마다 생성되는 영역으로, 현재 실행되는 쓰레드의 주소와 명령을 저장한다.
• 스택 영역(Stack Area) : 지역 변수, 파라미터, 리턴 값 등 임시적으로 사용되는 변수나 정보들이 저장되는 영역이다.
• 네이티브 메서드 스택 영역(Native Method Stack) : 바이트 코드가 아닌 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역이다. 또한 자바 이외의 언어(C, C++ 등)로 작성된 네이티브 코드를 실행하기 위한 공간이기도 하다. 실행 엔진의 JIT 컴파일러에 의해 변환된 네이티브 코드가 이 영역에서 실행된다고 보면 된다.

 

참고

• https://code-lab1.tistory.com/92
• https://coding-factory.tistory.com/828