[Java] JVM 개요

[JAVA 1강]

컴파일 및 Call By ____

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사전 지식

자바는 OS에 독립적인 특징을 가지고 있다.
JVM이라는 가상머신 때문!
어떤 이유에서 독립적인지 컴파일 과정을 통해 알아보자

JVM 목적

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1. 자바 프로그램이 어느 기기나 운영체제 상에서도 실행 될 수 있도록 하는 것
2. 프로그램 메모리를 관리하고 최적화 하는 것

컴파일 순서

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1. 자바의 구동 : OS위에 JVM이 실행된다.
2. 개발자(사용자)가 .JAVA코드 작성
3. 컴파일러가 .JAVA 소스파일을 컴파일 => .class 파일(byte code)로 변환된다.
   • 모든 application의 시작지점은 main()
4. .class파일을 클래스 로더가 JVM에게 전달
5. 클래스 로더는 동적로딩(Dynamic Loading)을 통해 필요한 클래스들 로딩 및 링크 하여 런타임 데이터 영역(Runtime Data area), 즉 JVM메모리에 올린다.

   • 클래스 로더 세부 동작

     1. 로드 : .class파일을 JVM 메모리에 로드
     2. 검증 : JVM명세 및 자바 언어 명세을 참고로 로드 데이터가 구성되었는지 검사
     3. 준비 : 클래스가 필요로 하는 메모리 할당
        • 필드, 메서드, 인터페이스, 클래스 등
     4. 분석 : 클래스의 상수 풀 내 모든 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변겅
     5. 초기화 : 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화(Static)
6. JVM 메모리에 올라온 바이트 코드들은 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행엔진(Execution engine)이 실행.
   • 인터프리터 : 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석 및 실행. 하나하나는 빠르지만 전체적인 속도가 느린편
   • JIT(Just-In-Time)컴파일러 : 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로 바이트 코드 전체 컴파일 -> 바이너리 코드로 변경. 바이너리 코드로 변경된 메서드는 바이너리 코드로 직접 실행. 전체실행 속도는 빠름

클래스 로더

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• JAVA는 동적으로 클래스를 읽어옴 -> 프로그램이 실행 중인 런타임에서야 모든 코드가 JVM과 연결
• 이 과정을 수행하는 것이 클래스 로더 역할
• 컴파일러 : .java -> .class
• 클래스로더 : .class -> Runtime Data Area로 적재
• Runtime Data Area는 JVM이 OS로 부터 할당 받은 메모리 영역
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실행엔진(Execution Engine)

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클래스 로더가 적재 시킨 .class파일(바이트 코드)들은 Runtime Data Area의 method Area에 배치됨 ->

• JVM은 Method Area에 적재된 .class파일들을 실행엔진에게 제공
• 바이트 코드를 실행하는 런타임 모듈 = execution engine

가비지 컬렉터(Garbage Collector)

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• 더는 사용하지 않는 메모리를 자동으로 회수
• Heap Area에 생성(적재)된 객체 중 참조되지 않은 객체들을 탐색 후 제거.
• 실행 시간은 정확히 언제인지 알 수 없음
• GC를 수행하는 스레드를 제외한 나머지 스레드는 일시정지됨
  
  
  
  
  1. GC가 Stack의 모든 변수를 스캔하며 어떤 객체를 참조하는지 Marking
  2. Reachable Object가 참고하고 있는 객체도 찾아서 Marking
     • Reachable Object(리스트 안에 객체, 스택 -> 힙(리스트) -> 힙(객체) 순서로 : 참조가 유효한 경우
     • 즉 unreachable, 참조되지 않는 객체를 GC라고 인식한다.
  3. Sweep 실행 : 마킹되지 않는 객체를 Heap에서 제거
  4. 경우에 따라 단편화 된 메모리 정리
• 동작 순서 - Mark And Sweep

런타임 데이터 영역

JVM의 메모리 영역으로 자바 애플리케이션을 실행 할 때 사용되는 데이터 적재 영역

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모든 스레드가 공유해서 사용(GC의 대상)

• Heap

  • new 키워드로 생성된 객체와 배열이 생성되는 영역
  • 주기적으로 GC가 제거하는 영역

• Method

  • 클래스 멤버 변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자 정보와 같은 각종 필드 정보와 메서드, 데이터 Type, Constant Pool, Static 변수, final class 등이 생성되는 영역

    스레드(Thread)마다 하나씩 생성

• Stack Area : 지역변수, 파라미터, 리턴 값, 연산에 사용되는 임시 값등이 생성되는 영역
• PC register : Thread가 생성될 때 마다 생성되는 영역, 현재 스레드가 실행되는 부분의 주소와 명령을 저장
• Native Method Stack : 자바 외의 언어(C, C++, 어셈블리)로 작성된 네이티브 코드를 실행할 떄 사용되는 메모리 영역, 일반적인 C 스택
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자료 출처

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[velog] : https://velog.io/@minseojo/Java-%EC%9E%90%EB%B0%94-%EC%BB%B4%ED%8C%8C%EC%9D%BC-%EA%B3%BC%EC%A0%95-JVM-%EB%82%B4%EB%B6%80-%EA%B5%AC%EC%A1%B0
[blog]: https://gyoogle.dev/blog