[Java] JVM이란?

JAVA Virtual Machine의 약자이다. JAVA는 하드웨어가 아닌 JVM이라는 가상머신을 통해 작동한다. 이 JVM은 시스템 메모리를 관리하면서 자바 기반 애플리케이션을 위해 이식 가능한 실행 환경(자체 CPU, 메모리, 네트워크 인터페이스 및 스토리지 등...)을 제공한다.

특징

• 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어들여 자바 API와 함께 실행한다.
• JAVA와 OS 사이에서 중개자 역할을 수행하여 JAVA가 OS나 CPU에 구애받지 않고 재사용을 가능하게 해준다.
• 메모리를 관리하고 Garbage Collection실행을 통해 메모리를 최적화한다.

 

 클래스 로더(Class Loader)

Runtime시 JVM내로 클래스(.class)를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다.

• 로딩: classpath의 위치에 있는 .class 파일들을 읽어옴
• 링크: 코드 내부의 레퍼런스를 연결함
• 초기화: 클래스에 있는 메모리 상에 등록되는 static값들을 초기화함

메모리(Runtime Data Area)

프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간으로, 힙,메소드는 전체 공유자원으로 분류되고 스택,PC,네이티브메소드 스택은 쓰레드 단위의 자원으로 분류된다.

실행엔진(Execution Engine)

클래스를 실행시키는 역할을 한다. 클래스 로더가 JVM내의 메모리(Runtime Data Area)에 바이트 코드를 배치시키고, 이것은 실행엔진에 의해 실행된다.

• 인터프리터(Interpreter)
  • 자바 바이트 코드를 명령어 단위(한줄씩)로 읽어서 네이티브 코드로 변환
  • 단, 한줄씩 수행해서 느리다는 단점이 있음
• JIT(Just In Time)
  • 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입
  • 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변환
  • 네이티브 코드는 캐시에 보관하기 때문에 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 수행
• GC(Grabage Collector)
  • 힙 메모리 영역에 생성된 객체들 중에서 참조되지 않은 객체들을 탐색 후 제거하는 역할.
  • GC가 역할을 하는 시간은 언제인지 정확히 알 수 없다. 

 

• PC(PC Register)
  • 쓰레드(Thread)가 시작될 때 생성되며 생성될 때마다 생성되는 공간으로 쓰레드마다 하나씩 존재함
  • 쓰레드가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행해야할 지에 대한 기록하는 부분.
• 스택(JVM Stack)
  • 프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메소드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 주로 저장하는 영역
  • 메소드 호출때마다 각각의 스택 프레임(그 메서드만을 위한 공간)이 생성되고 메소드 수행이 끝나면 프레임 별로 삭제 수행
  • 에러 났을 때 에러 메시지보면 런타임 스택에 메시지가 쌓여있는 것을 볼 수 있음 ( Stack Trace )
• 네이티브 메소드 스택(Native Method Stack)
  • 자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트코드가 아닌 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 별도의 스택 영역
  • JAVA Native Interface를 통해 바이트 코드로 전환하여 저장한다.
• 메소드(Method) = Class Area = Static Area
  • 프로그램 시작 전에 클래스 수준의 정보(클래스 이름, 부모 클래스 이름, 메소드, static 변수, 일반 변수 등...)를 바이트 코드로 저장하여 프로그램 종료때까지 해당 데이터를 가지고 감 
    • 자바는 Main 메소드의 호출에서부터 계속된 메소드의 호출로 흐름을 이어가기 때문에, 메소드의 바이트 코드는 프로그램의 흐름을 구성하는 바이트 코드로 볼 수 있음
    • Runtime Contatnt Pool이라는 별도의 관리 영역이 함께 존재하는데, 여기에 상수 자료형을 저장하여 참조와 중복을 막는 역할을 수행
  • 메소드 영역의 저장 내용

주제	내용
Type Information( 클래스와 인터페이스의 정보이다. )	Type명 : Package name + Class name Type의 종류 : Type이 Class인지 Interface인지에 대한 정보 Type의 제어자 : 접근 제어자(public, private, default 등), 그 외 제어자 (abstract, final 등) 연관된 Interface 정보 : 사용된 Interface의 정보
Runtime Constant Pool( Type의 상수 정보를 저장하는 Pool이다. 각 상수로는 인덱스를 통해 접근 가능하다. )	Type, Field, Method로 접근하기 위한 Reference 정보 - 객체 접근을 위해 필요하다.
Field Information (인스턴스 변수의 정보를 저장한다.)	Type명 : 인스턴스 변수의 타입 제어자 : 접근 제어자(public, private 등), 그 외 제어자(static, final, volatile 등)
Method Information( 메서드의 모든 정보를 저장한다. )	Method 명 Method 반환 타입 Method parameter수와 각 parameter의 타입 정보 외 필요한 메서드에 대한 정보들
Class Variable( static 키워드로 선언된 변수가 저장된다. )

 

• 힙(Heap)
  • 객체를 저장하는 가상 메모리 공간
  • 모든 쓰레드가 공유
  • new 키워드로 생성된 객체와 배열이 생성되는 영역입니다.
  • 메소드 영역에 로드된 클래스만 생성이 가능
  • Garbage Collector가 참조되지 않는 메모리를 확인하고 제거하는 영역입니다.