Java Virtual Machine(JVM)

JVM이란?

운영체제 위에서 동작하는 프로세스로 자바 코드를 컴파일해서 얻은 바이트 코드를 해당 운영체제가 이해할 수 있는 기계어로 바꿔 실행시켜주는 역할을 합니다.

• 자바 가상머신으로 자바와 운영체제 사이에서 중계자 역할을 합니다.
• 자바가 운영체제 종류에 영향받지 않고 돌아갈 수 있도록 합니다.
• 메모리 관리를 자동으로 해줍니다.(GC)

JVM 구성

JVM Architecture

JVM은 크게 4가지로 구분됩니다.

1. Class Loader
2. Execution Engine
3. JVM Memory (Runtime Data Area)
4. Native

 

 

1. Class Loader

Class Loader는 .class 파일(바이트 코드)을 로드하는데 사용되는 하위 시스템입니다. Class Loader는 크게 세 가지 기능을 수행합니다.

• Loading
  • Loading은 클래스 로드가 .class 파일을 로드합니다.
  • 그 내용에 따라 적절한 바이너리 데이터를 만들고 메서드 영역에 저장합니다.
  • 로드가 끝나면 해당 클래스 타입을 Class 객체를 생성하여 힙 영역에 저장합니다.
• Link
  • 클래스 로드가 클래스를 로드한 후 Link가 수행됩니다.
  • 바이트 코드 검증기는 .class 파일이 올바른지 여부를 확인합니다.
  • 또한 클래스에 있는 변수 및 메서드에 대한 메모리 할당을 수행합니다.
• initialiation
  
  • static 변수의 값을 할당합니다.
  • 이때 static 블록이 실행됩니다.

2. Execution Engine

Class Loader에 의해 메모리에 적재된 .class 파일(바이트 코드)를 기계어로 변경해 명령어 단위로 실행하는 역할을 합니다.

실행하는 방식으로 총 2가지 방식이 있습니다.

• 명령어를 하나하나 실행하는 인터프리터 방식
• JIT(Just-In-Time)컴파일러를 이용하는 방식
  • JIT 컴파일러는 적절한 시간에 전체 바이트 코드를 네이티브 코드로 변경해서 Execution Engine이 네이티브로 컴파일된 코드를 실행하는 것으로 성능을 높이는 방식입니다.

3. JVM Memory (Runtime Data Area)

JVM Memory는 5가지 영역으로 구분할 수 있습니다.

-  Method area 

• 클래스 멤버 변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자 정보 같은 필드 정보
• 메서드의 이름, 리턴 타입, 파라미터, 접근 제어자 정보같은 메서드 정보
• Type 정보(Interface, class)
• Constant Pool(문자 상수, 타입, 필드, 객체 참조)
• static 변수, final class 변수 등
• 위와 같은 정보들이 저장됩니다. 여기에 저장된 정보들은 공유됩니다.

-  Heap area

• new 키워드로 생성되는 객체와 배열이 생성되는 영역입니다.
• 메서드 영역에 로드된 클래스만 생성이 가능하고 GC가 참조되지 않는 메모리를 확인하고 제거하는 영역입니다.
• 여기에저장된 정보들은 공유됩니다.

-  Stack area

• 스레드가 생성될 때마다 생성되는 영역으로, 지역변수가 저장됩니다.
• 메서드를 호출할 때마다 스택이 개별적으로 생성됩니다.
• 예제) Event event = new Event()
  • Stack area: Event event;
  • Heap area: new로 생성된 Event 클래스의 인스턴스
  • Stack 영역에 생성된 event 값은 힙 영역의 주소값을 가지고 있습니다. 즉, Stack 영역에 생성된 event가 Heap 영역에 생성된 객체를 가리키고(참조하고) 있습니다.

-  PC Register

• Thread가 생성될 때마다 생성되는 영역으로, Program Counter, 즉, 현재 쓰레드가 실행되는 부분의 주소와 명령을 저장하고 있는 영역입니다.
• 이를 이용해서 쓰레드를 돌아가면서 수행할 수 있게 합니다.

-  Native Method Stack

• 자바 언어 이외의 언어로 작성된 코드를 저장하는 메모리 영역입니다.
• 보통 C/C++ 등으로 작성된 함수들을 native 키워드를 사용하여 메서드를 호출할 수 있습니다.

Method, Heap 영역은 모든 쓰레드가 공유합니다.

Stack, PC Register, Native Method Stack 은 각각의 쓰레드마다 생성되고 공유되지 않습니다.

 

참조

-  jeong-pro.tistory.com/148

-  howtodoinjava.com/java/basics/jdk-jre-jvm/