JVM ??

JVM (Java Virtual Machine)이란 🙄 ??

JVM (Java Virtual Machine)은 직역하면 자바를 실행하기 위한 가상 기계(컴퓨터)인데, 쉽게 말해 OS에 종속받지 않고 자바 프로그램 실행환경을 만들어 주는 소프트웨어 이다. JVM은 자바 실행 환경 JRE (Java Runtime Environment)에 포함되어 있다.

Java는 어떠한 플랫폼에 영향을 받지 않는다

JVM을 사용하면 하나의 바이트 코드(.class)로 모든 플랫폼에서 동작하도록 할 수 있다.

예를 들어 C언어로 작성된 Test.c가 있다면 이 Test.c를 윈도우 컴파일러를 사용해서 컴파일하면 Test.exe가 만들어지고, 윈도우 컴파일러로 컴파일되었기에 Test.exe는 윈도우에서만 실행되는 실행 파일이다. 즉 리눅스 운영체제에서는 실행할 수 없습니다. 즉 C / C++ 에서는 컴파일 플랫폼과 타겟 플랫폼이 다를 경우에는 프로그램이 동작하지 않는다. 만약이 Test.ext 파일을 리눅스 운영체제에서 실행하려면 리눅스 환경을 타겟으로 크로스 컴파일을 해서 리눅스 운영체제에 맞는 실행 파일을 새로 만들어야 한다.

Java의 경우에는 Java 언어로 작성된 Test.java는 컴파일하면 Test.class 파일이 생성된다. 그리고 이렇게 생성된 바이트 코드는 각자의 플랫폼에 설치되어 있는 자바 가상 머신(JVM)이 운영체제에 맞는 실행 파일로 바꿔준다. 즉 Java에서는 C언어와는 달리 JVM을 사용하기 때문에 각자의 플랫폼에 맞게끔 컴파일을 따로따로 해줘야 할 필요가 없다. 하나의 바이트 코드로 JVM이 설치되어 있는 모든 플랫폼에서 동작이 가능하다.

바이트코드??

JVM이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스코드 Java 소스코드, 즉 원시코드(*.java)는 CPU가 인식을 하지 못하므로 기계어로 컴파일을 해줘야한다. 하지만 Java는 이 JVM 이라는 가상머신을 거쳐서 OS에 도달하기 때문에 OS가 인식할 수 있는 기계어로 바로 컴파일 되는게 아니라 JVM이 인식할 수 있는 Java bytecode(*.class)로 변환된다. 즉, CPU가 이해하는 언어는 바이너리 코드, 가상 머신이 이해하는 코드는 바이트 코드

JVM 구성 ✨

1️⃣ Class Loader(클래스 로더)

JVM 내로 클래스파일(.class)를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다. Runtime 시점에 클래스를 로딩하게 해 주며 클래스의 인스턴스를 생성하면 클래스 로더를 통해 메모리에 로드하게 된다.

2️⃣ Execution Engine(실행 엔진)

로드된 클래스의 바이트코드를 실행하는 런타임 모듈이 바로 실행 엔진이다. 클래스 로더를 통해 JVM내의 Runtime Data Areas에 배치된 바이트코드는 실행 엔진에 의해 실행되며, 실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 여기서 Interpreter(인터프리터) 방식과 JIT compiler 방식을 사용하게 된다.

3️⃣ Interpreter(인터프리터)

인터프리터는 프로그래밍 언어의 소스 코드를 바로 실행하는 프로그램을 말한다. 원시 코드를 기계어로 번역하는 컴파일러와 대비된다. 자바는 인터프리터 방식을 사용하여 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 하지만 한 줄씩 수행하기 때문에 수행 속도가 느리다는 단점이 있다.

4️⃣ JIT Compiler(Just In Time Compiler)

인터프리터 방식의 단점을 보완하기 위해 JIT 컴파일러가 도입되었다. JIT 컴파일러는 바이트코드를 컴파일하여 native code(네이티브 코드)로 변환하여 사용한다. 즉 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 수행하게 되어 수행 속도가 빠르게 된다. 하지만 컴파일하는 과정에 비용이 들게 된다. 따라서 한 번만 수행할 코드라면 컴파일하지 않고 인터프리팅 하는 것이 유리하다. 따라서 JVM은 인터프리터 방식을 사용하다가 일정한 기준이 넘어가면 JIT 컴파일러를 사용하는 혼합 방식을 사용한다.

5️⃣ Garbage Collector(가비지 콜렉터)

가비지 컬렉터는 유효하지 않은 메모리인 가비지(Garbage)를 정리해주는 역할을 한다. 즉 Garbage Collection(GC)를 담당한다.

6️⃣ Runtime Data Area

Runtime Data Area는 JVM이 프로그램을 수행하기 위해 OS로부터 별도로 할당받은 메모리 공간을 말한다.

1.PC Register

각 쓰레드가 어떤 명령을 실행할 지 기록하는 부분

2.JVM Stack

메서드(method)가 호출될 때 메서드와 메서드의 정보는 JVM Stack에 쌓이게 된다. 즉 메서드의 매개변수, 지역 변수, return 주소, 임시 변수 등의 정보를 기록하는 스택, 각 스레드 별로 생성되기 때문에 다른 스레드는 접근할 수 없다. 메서드 호출이 종료되면 스택에서 정보들이 제거된다.

3.Native Method Stack

자바 외의 언어로 작성된 네이티브 코드들을 위한 스택이다. Java Native Interface를 통해 호출되는 C/C++ 등의 코드를 수행한다.

4.Method Area

모든 쓰레드가 공유하는 메모리 영역으로 클래스, 인터페이스, 메서드, 필드 ,Static 변수 등의 바이트 코드를 보관한다. Method Area에는 Runtime Constant Pool이라는 별도의 관리 영역도 존재한다. 이는 상수 자료형을 저장하고 참조하여 중복을 막는 역할을 수행한다.

5.Heap

Runtime 시점에 동적으로 할당하여 사용하는 영역이다. 클래스를 이용해 인스턴스를 생성하면 Heap에 저장된다.