Java Virtual Machine
- 자바를 실행하기 위한 가상 기계(컴퓨터)
- OS에 종속받지 않고 CPU가 Java를 인식, 실행할 수 있게 하는 가상 컴퓨터 이미지 출처
- Java 소스코드(원시코드(
*.java))는 CPU가 인식하지 못하므로 기계어로 컴파일을 해줘야 한다.
Java 소스 코드(*.java) → JVM이 인식할 수 있는 Bytecode(*.class) → binary code
- Java compiler가
.java파일을 .class라는 Java bytecode로 변환한다.
- JDK를 설치하면 bin에 존재하는 javac.exe이다.
javac 명령어로 .java파일에서 .class`파일을 생성한다.
- JVM이 OS가 Bytecode를 이해할 수 있도록 해석해 준다.
- 따라서 Bytecode는 JVM 위에서 OS 상관 없이 실행된다.
java 명령어로 .class파일을 실행한다.
- binary code == 이진 코드 ⊂ 기계어
- CPU가 이해하는 언어는 binary code, 가상 머신이 이해하는 코드는 byte code 이다.
JIT 컴파일(Just-In-Time compilation)
- 동적 번역(dynamic translation)
- JIT 컴파일러는 프로그램을 실제 실행하는 시점에 기계어로 번역하는 컴파일러이다.
- 인터프리터 방식의 단점을 보완하기 위해 도입되었다.
- 소스코드를 실행할 때마다 해석해야 하므로 실행 속도가 느리고 소스 코드가 그대로 노출되므로 코드 보안에 취약하다.
- 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후에는 더이상 인터프리팅 하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식이다.
- JIT가 컴파일 하는 과정은 바이트 코드를 인터프리팅하는 것보다 훨씬 오래 걸리므로 한번만 실행되는 코드라면 컴파일 하지 않고 안티프리팅 하는 것이 유리하다.
- 따라서 JIT 컴파일러를 사용하는 JVM들은 내부적으로 해당 메서드가 얼마나 자주 수행되는지 체크하고 일정 정도를 넣을 때에만 컴파일을 수행한다.
자바 컴파일러가 자바 프로그램 코드를 바이트 코드르 변환한 다음, 실제 바이트 코드르 릿ㄹ행하는 시점에 자바 가상 머신이 바이트 코드를 JIT 컴파일을 통해 기계어로 변환한다.
JVM 구성요소
클래스 로더(Class Loader)
- JVM 내로
*.class을 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈
- 런 타임 시 동적으로 클래스를 로드하고 jar 파일 내 저장된 클래스들을 JVM 위에 탑재한다.
- 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크하는 역할을 한다.
실행 엔진(Execution Engine)
- 클래스를 실행시키는 역할이다.
- 바이트 코드(
*.class)를 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다.
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인터프리터(Interpreter)
- 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
- 한 줄씩 수행하기 때문에 속도가 느리다.
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JIT 컴파일러(Just-in-Time)
- 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후에는 더 이상 안티프리팅 하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식
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가비지 콜렉터(Garbage collector)
- 더이상 사용되지 않는 인스턴스를 찾아 메모리에서 삭제한다.
런타임 데이터 영역(Runtime Data Area)
- 프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간
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PC Register
- Thread가 시작될 때 생성되며 생성될 때마다 생성되는 공간으로, 스레드마다 하나씩 존재한다.
- Thread가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행해야할지에 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 갖는다.
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JVM stack
- 프로그램 실행 과정에서 임시로 할당되었다가 메서드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장하기 위한 영역
- 메서드를 호출할 때마다 생성되며 메서드가 종료되면 프레임 별로 삭제한다.
- 메서드 안에서 사용되는 값들, 매개변수, 지역변수, 리턴 값 및 연산 시 일어나는 값들을 임시로 저장한다.
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Native method stack
- 자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 수행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역
- 자바가 아닌 언어에서 제공되는 메서드
- Java Native Interface를 통해 바이트로 전환하여 저장한다.
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Method Area(Class area, Static area)
- 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간
- 멤버 변수(멤버 변수 이름, 데이터 타입, 접근 제어자에 대하 정보), 메서드(메서드의 이름, 리턴타입, 매개변수, 접근 제어자에 대항 정보), 타입(class인지 interface인지의 여부 저장, type의 속성, 전체 이름, super 클래스의 전체 이름)
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Runtime Constant Pool
- 스태틱 영역에 존재하는 별도의 관리영역
- 상수 자료형을 저장하고, 중복을 막는 역할을 수행한다.
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Heap 영역
- 객체를 저장하는 가상메모리 공간
- new 연산자로 생성되는 객체와 배열을 저장
- Class Area(Static Area)에 올라온 클래스들만 객체로 생성할 수 있다.
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Permanent Generation
- 생성된 객체들 정보의 주소값이 저장된 공간
- 클래스 로더에 의해 load되는 Class, Method 등에 대한 Meta 정보가 저장되는 영역이고 JVM에 의해 사용된다.
- Reflection(객체를 통해 클래스의 정보를 분석하는 기법)을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용된다.
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New/Young 영역
- 가바지 콜렉터에 의해 관리되는 영역
- 생명 주기가 짧은 젊은 객체들을 대상으로 한다.
- 여기서 일어나는 가비지 콜렉트를 Minor GC 라고 한다.
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Eden
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Survivor 0, 1
- Eden영역에 객체가 가득차게되면 첫번째 가비지 콜렉트가 발생한다. Eden 영역에 있는 값들을 Survivor 1 영역에 복사하고, 이 영역을 제외한 나머지 객체를 삭제한다..
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Old 영역
- 가바지 콜렉터에 의해 관리되는 영역
- 생명주기가 긴 객체들을 대상으로 한다.
- 여기서 일어나는 가비지 콜렉트를 Major GC 라고 한다. (속도가 느리다)
- New/Young Area에서 일정시간 참조되고 있는, 살아남은 객체들이 저장되는 공간이다.
JDK (Java Development Kit)
- Java를 사용하기 위해 필요한 모든 기능을 갖춘 Java용 SDK(Software Development Kit)이다.
- JDK는 JRE, javac, jdb, javadoc같은 도구들이 있다.
- JDK는 프로그램을 생성, 실행, 컴파일할 수 있다.
JRE (Java Runtime Environment)
- JVM + 자바 클래스 라이브러리 등으로 구성되어 있다.
- 컴파일 된 Java 프로그램을 실행하는데 필요한 패키지이다.
doozi (2021.05) JVM이란? 개념 및 구조 (JDK, JRE, JIT, 가비지 콜렉터…)
