JVM

해당 포스팅은 백기선님의 인프런 강의(더 자바, 코드를 조작하는 다양한 방법)를 듣고 정리한 내용입니다.

Java, JVM, JDK, JRE

JDK vs JRE vs JVM (출처: https://howtodoinjava.com/java/basics/jdk-jre-jvm/)

JVM (Java Virtual Machine)

• 자바 바이트 코드(.class 파일)를 OS에 특화된 코드로 변환(인터프리터와 JIT 컴파일러)하여 실행한다.
• 바이트 코드를 실행하는 표준이자 구현체이다.
  
  • JVM 자체는 표준, 구현체는 특정 밴더들이 구현
  • JVM 밴더: 오라클, 아마존, Azul, ... 
• 특정 플랫폼에 종속적이다.
  • 바이트 코드를 네이티브 코드로 바꿔서 실행해야하는데, 이때 네이티브 코드가 OS에 종속적이기 때문.

Hello.java와 Hello.class

JRE (Java Runtime Environment)

• 자바 애플리케이션을 실행할 수 있도록 구성 (JVM + 라이브러리)
• JVM과 핵심 라이브러리 및 자바 런타임 환경에서 사용하는 프로퍼티 세팅이나 리소스 파일을 가지고 있다.

JDK (Java Development Kit)

• JRE + 개발 툴
• 소스 코드를 작성할 때 사용하는 자바 언어는 플랫폼에 독립적이다.
  
  • 바이트 코드(.class 파일)만 있다면 JVM 위에서 돌아감.
  • JVM 언어: 클로저, 그루비, JRuby, Jython, Kotlin, Scala, ...
• 오라클은 자바 11부터는 JDK만 제공하고, JRE를 따로 제공하지 않는다.

Java

• 프로그래밍 언어
• JDK에 들어있는 자바 컴파일러(javac)를 사용하여 바이트 코드로 컴파일 할 수 있다.
• 자바 유료화
  • 오라클에서 만든 Oracle JDK 11 버전부터 상용으로 사용할 때 유료
  • 자바 언어 자체가 유료화되는게 아님
  • Open JDK 등은 무료로 사용가능

JVM 구조

JVM 구조 (출처: https://javatutorial.net/jvm-explained)

클래스 로더 시스템

• .class 파일에서 바이트 코드를 읽고 메모리에 저장
• 로딩: 클래스 읽어오는 과정
• 링크: 레퍼런스를 연결하는 과정
• 초기화: static 값들 초기화 및 변수에 할당

메모리

• 메소드 영역
  • 클래스 수준의 정보(클래스명, 부모 클래스명, 메소드, 변수)를 저장한다.
  • 공유 자원 (다른 영역에서 참조 가능)
• 힙 영역
  • 객체를 저장한다.
  • 공유 자원 (다른 영역에서 참조 가능)
• 스택 영역
  • 쓰레드 마다 런타임 스택을 만들고, 메소드 호출을 스택 프레임이라 부르는 블럭으로 쌓는다.
• PC(Program Counter) 레지스터
  • 쓰레드 마다 쓰레드 내 현재 실행할 명령의 위치를 가르키는 포인터가 생성된다.
• 네이티브 메소드 스택
  • 네이티브 메소드란 C나 C++, 어셈블리로 작성된 메소드로, JNI를 통해 호출 가능하다.
  • 네이티브 메소드에는 native 키워드가 붙어있다.

 

실행 엔진

• 인터프리터
  • 바이트 코드를 기계가 이해 할 수 있도록 한 줄 씩 네이티브 코드로 바꿔서 실행한다.
• JIT 컴파일러
  • 인터프리터 효율을 높이기 위해, 인터프리터가 반복되는 코드를 발견하면 JIT 컴파일러로 반복되는 코드를 모두 네이티브 코드로 바꿔둔다.
• GC(Garbage Collector)
  • 더 이상 참조되지 않는 객체를 모아서 정리한다.

클래스 로더

클래스 로더 (출처: https://javatutorial.net/jvm-explained)

 

로딩, 링크, 초기화 순으로 진행된다.

로딩

• 클래스 로더가 바이트 파일을 읽고 내용에 따라 적절한 바이너리 데이터를 만들고 "메소드" 영역에 저장한다.
• 메소드 영역에 저장하는 데이터
  • FQCN(Fully Qualified Class Name): 패키지 이름 + 클래스 이름 (+ 클래스 로더)
  • 클래스, 인터페이스, 이넘
  • 메소드, 변수
• 로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 "힙" 영역에 저장한다.
  • Class<Hello>

링크

• Verify, Prepare, Resolve(optional) 세 단계로 나눠져 있다.
  • Verify: .class 파일 형식 유효성 체크
  • Prepare: 클래스 변수(static 변수)와 기본값에 필요한 메모리를 준비
  • Resolve(optional): 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체
    • 심볼릭 레퍼런스는 참조하는 대상의 이름만을 지칭한 것이다.

 

초기화

• static 변수의 값을 할당한다.
• static 블록을 실행한다.

클래스 로더는 계층 구조로 이루어져 있다.

부트 스트랩 클래스 로더

• JAVA_HOME\lib에 있는 코어 자바 API를 제공한다.
• 최상위 우선순위를 가진 클래스 로더

플랫폼 클래스 로더

• JAVA_HOME\lib\ext 폴더 또는 java.ext.dirs 시스템 변수에 해당하는 위치에 있는 클래스를 읽는다.

애플리케이션 클래스 로더

• 애플리케이션 클래스패스에서 클래스를 읽는다.
• 애플리케이션 클래스패스: 애플리케이션 실행할 때 주는 -classpath 옵션 또는 java.class.path 환경 변수의 값에 해당하는 위치