JVM

JVM이란

• Java Virtual Machine

• JVM이 OS에서 실행되면, Java 애플리케이션은 JVM하고만 상호작용하므로 OS에 종속되지 않는다. 대신, JVM은 OS에 종속적이다.

• 자바로 작성한 애플리케이션을 해당 운영체제가 이해할 수 있도록 변환하여 전달한다.

• 바이트 코드를 기계어로 변환하고 실행한다.

• 아래 그림과 같이 자바 컴파일러(javac)와는 다른 모듈이다.

java code to machine language

바이트 코드

• JVM이 이해할 수 있는 기계어

• 바이트 코드의 각 명령어는 1바이트 크기의 Opcode와 추가 피연산자로 이루어져 있다.

JVM 동작 방식

• 컴파일된 바이트 코드 형태의 클래스들이 JVM에 전달되면, 아래 그림과 같은 흐름으로 코드가 실행되게 된다.

• 내부 구성 요소인 Class Loader, Runtime Data Areas, Execution Engine에 대해서는 아래에서 간략히 설명한다.

Class Loaders

• 컴파일된 .class 파일에서 바이트 코드를 읽고 메모리에 저장한다.

• 한번에 모든 클래스를 로딩하는 것이 아닌, 필요할 때마다 클래스나 리소스를 로딩한다.

• 바이트코드를 Loading → Linking → Initialization 의 순서로 처리한다.

  • Loading: 클래스를 읽어오는 과정

  • Linking: 레퍼런스를 연결하는 과정

  • Initialization: static 값들을 초기화하고 변수에 할당하는 과정

Runtime Data Areas (메모리)

• 앱 실행을 위해 사용되는 JVM 메모리 영역

• 구성

  • PC(Program Counter) Registers

    • 스레드 별로 생성

    • 현재 실행 중인 명령(오프셋 / 스택 프레임)을 가리키는 포인터를 저장하는 영역

  • Java Virtual Machine Stacks (Stack Area, Java Stack)

    • 스레드 별로 생성

    • 메서드 실행 관련 정보를 저장하는 영역

    • 메서드가 호출되면 스택에 프레임 단위로 메서드 정보가 쌓이게 된다.

  • Heap

    • JVM 실행 시 생성

    • 모든 객체 인스턴스/배열에 대한 메모리가 할당되는 영역

    • GC가 도는 영역은 보통 Heap 영역뿐이다.

  • Method

    • JVM 실행 시 생성

    • 클래스의 구조 등에 대한 정보가 메모리에 할당

  • Native Method Stacks

    • 스레드 별로 생성

    • 네이티브 코드 실행에 관련된 정보를 저장하는 영역

Execution Engine

• 메모리 영역에 있는 데이터를 가져와 해당하는 작업 수행

• JIT 컴파일러, 인터프리터, GC가 존재한다.

• 자주쓰이는 코드는 JIT 컴파일러를 통해 미리 네이티브 코드(기계어)로 변환해두고, 인터프리터는 네이티브 코드로 컴파일된 코드를 바로 사용한다.

• GC는 더이상 참조되지 않는 객체를 모아 메모리를 해제한다.

JNI (Java Native Interface)

• JVM과 네이티브 라이브러리 간 이진 호환성을 위한 인터페이스

• 네이티브 언어로 작성된 메서드 호출, 데이터 전달과 메모리 관리 등 수행

• 실행 시 메모리의 Native Method Stacks에 정보가 저장된다.

Native Libraries

• 네이티브 메서드의 구현체를 포함한 플랫폼 별 라이브러리