Java Virtual Machine(JVM)

JVM 이란?

• Java Virtual Machine(자바 가상머신)의 약자를 따서 줄여 부르는 용어이다.

JVM의 역할

1. JVM은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어들여와서 자바 API와 함께 실행시키는 역할을 한다.
2. JVM은 Java와 OS사이의 중개자 역할을 수행하여 Java가 OS에 구애받지 않고 재사용을 가능하게 해준다.
3. JVM은 메모리관리와 Garbage collection을 수행한다.
4. JVM은 스택 기반의 스택기반의 가상머신이다.

Java 프로그램의 실행과정

1. 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 이 프로그램이 필요로 하는 메모리를 할당받는다.
2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어들여서 자바 바이트코드(.class)로 변환시킨다.
3. Class Loader를 통해 class파일들을 JVM으로 로딩한다.
4. 로딩된 class파일들은 Execution engine을 통해 해석된다.
5. 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas에 배치되어 실질적인 수행이 이루어지게 된다.

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JVM 구성

Class Loader(클래스 로더)

• JVM 내로 클래스(.class파일)를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈
• Runtime에 동적으로 클래스를 로드한다.
• jar파일 내 저장된 클래스들을 JVM위에 탑재하고 사용하지 않는 클래스들은 메모리에서 삭제한다.

Execution Engine(실행 엔진)

• 클래스를 실행시키는 역할을 한다.
• 클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트코드를 배치시키면, 실행엔진에 의해서 실행된다.

자바 바이트코드: 기계가 바로 수행할 수 있는 언어가 아닌 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것

• 자바 바이트코드를 JVM내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다.

Interpreter(인터프리터)

• 실행 엔진은 자바 바이트코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
• 인터프리터 언어와 같이 한줄씩 수행하기 때문에 느리다는 단점이 존재한다.

JIT(Just-In-Time)

• 인터프리터 방식의 속도가 느리다는 단점을 보완하기 위해 도입된 JIT 컴파일러
• 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경한다.
• 이후에는 컴파일된 데이터를 더이상 인터프리팅 하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행한다.

Garbage Collector

• 사용하지 않는 메모리를 정리해주는 역할을 한다.

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Runtime Data Area

프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간

PC Register

• Thread 생성될 때마다 생성되는 메모리 공간
• 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 갖는다.

JVM Stack

• 프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 함수(메서드)를 빠져나가면(종료되면) 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장하기 위한 영역이다.
• 변수, 임시 데이터, 스레드, 메서드의 정보를 저장한다.
• 메서드 호출 시마다 각각의 메모리 공간이 생성되고, 메서드가 종료되면 프레임별로 삭제된다.
• 메서드 안에서 사용되는 값(변수)를 저장한다.

Native Method Stack

• 자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역이다.
• Java가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간이다.

Method Area(Class Area = Static Area)

• 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간이다.
• 올라간 메서드의 바이트코드는 프로그램의 흐름을 구성하는 바이트코드이다.
• 자바 프로그램은 main메서드의 호출에서부터 계속된 메서드의 호출로 흐름을 이어가기 때문이다.
• 사실상 컴파일된 바이트코드의 대부분이 메서드 바이트코드이기 때문에 거의 모든 바이트코드가 올라간다고 봐도 된다.

Method Area에 올라가는 정보의 종류
1. Field Information: 멤버변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자에 대한 정보
2. Method Information: 메서드의 이름, 리턴 타입, 매개변수, 접근제어자에 대한 정보
3. Type Information: class인지 interface인지 여부 저장, Type의 속성, 전체 이름 등

Heap(힙 영역)

• 객체를 저장하기 위한 가상 메모리 공간이다.
• new 연산자로 생성된 객체와 배열을 저장한다.
• class area 영역에 올라온 클래스들만 객체로 생성할 수 있다.

Permanent Generation: 생성된 객체들 정보의 주소값이 저장된 공간
New/Young 영역
 - Eden: 객체들이 최초로 생성되는 공간
 - Survivor 0 / 1: Eden에서 참조되는 객체들이 저장되는 공간
Old 영역: New Area에서 일정 시간 참조되는 있는, 살아남은 객체들이 저장되는 공간 Eden영역에 객체가 가득차게 되는 GC가 발생하는데, Eden 영역에 있는 값들을 Survivor 0 / 1 영역에 복사하고 이 영역을 제외한 나머지 영역의 객체를 삭제한다.

 

출처: https://asfirstalways.tistory.com/158