JVM과 JAVA 실행방식

JVM(Java Virtual Machine)

- JAVA 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽고 JAVA API와 함께 실행하는 것

- 메모리 관리(GC)를 수행하는 스택기반의 가상머신

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JVM의 구조 

클래스 로더 (Class Loader)

• JVM내로 클래스를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈

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실행 엔진 (Execution Engine)

• Byte code를 실행시킴
• 인터프리터: 바이트 코드를 한줄씩 실행
• JIT 컴파일러: 인터프리터 효율을 높이기 위한 컴파일러
• GC(Garbage Collector) : 힙 영역에서 사용되지 않는 객체들을 제거하는 작업

GC(Garbage Collector)란?

- 힙 영역에서 사용하지 않는 객체들을 제거하는 작업

- JAVA는 개발자가 메모리를 직접 해제해줄 수 없는 언어이기 때문에 객체를 사용하고 제거하는 기능이 필요

- GC의 동작방식: Serial GC, G1 GC, ZGC

- Minor GC(young영역), Major GC(old영역)로 구분

- GC를 수행할 때는 GC를 수행하는 스레드 이외의 스레드는 모두 정지 (Stop-the-world)

 

Minor GC

=> Eden영역이 가득 차면 시작

=> Eden영역에서 참조가 남아있는 객체를 mark하고 survivor영역으로 복사, Eden영역을 비움

=> Survivor영역도 가득차면 같은 방식으로 다른 Survivor영역에 복사하고 비움

=> 이를 반복하다 보면 계속해서 살아남는 객체는 old 영역으로 이동

 

Major GC

=> old영역에서 일어남

=> 삭제되어야 하는 객체를 mark 후 지움 (Minor GC와 방식이 반대)

=> 메모리는 단편화된 상태이므로 이를 한 군데에 모아주는 것을 compact라 함 (Mark-Sweep-Compact 알고리즘)

 

GC 수행 시 시스템이 멈추기 때문에 의도치 않은 장애의 원인이 될 수 있음. 

따라서 이를 위해 힙 영역을 조정하는 것을 GC 튜닝이라고 하고 JVM 메모리는 마음대로 조정하면 절대 안됨.

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Runtime Data Area

• 프로그램 실행 중에 사용되는 다양한 영역

• PC Register: Thread가 시작될 때 생성되며 현재 수행 중인 JVM 명령의 주소를 갖고 있습니다.
• Stack Area: 지역 변수, 파라미터 등이 생성되는 영역. 실제 객체는 Heap에 할당되고 해당 레퍼런스만 Stack에 저장됩니다.
• Heap Area: 동적으로 생성된 오브젝트와 배열이 저장되는 곳으로 GC의 대상 영역입니다.
• Method Area: 클래스 멤버 변수, 메소드 정보, Type 정보, Constant Pool, static, final 변수 등이 생성됩니다. 상수 풀(Constant Pool)은 모든 Symbolic Reference를 포함하고 있습니다.

 

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JNI (Java Native Interface)

• 자바 애플리케이션에서 C, C++, 어셈블리어로 작성된 함수를 사용할 수 있는 방법을 제공
• Native 키워드를 사용하여 메서드를 호출

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Native Method Library

• C, C++로 작성된 라이브러리

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JAVA의 실행방식

• 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어 자바 바이트코드(.class)로 변환
• Class Loader를 통해 class 파일들을 JVM으로 로딩
• 로딩된 class파일들은 Execution engine을 통해 해석
• 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas에 배치되어 수행됨