TIL : 221130

JINSEON YE·2022년 11월 30일

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JVM (Java Virtual Machine)

자바를 실행하기 위한 가상 기계(컴퓨터)

Java는 OS에 종속적이지 않다는 특징을 가진다. OS에 종속받지 않고 실행되기 위해선 OS위에서 Java를 실행시킬 무언가가 필요한데 그게 바로 JVM이다.
즉, OS에 종속받지 않고 CPU 가 Java를 인식, 실행할 수 있게 하는 가상 컴퓨터

Java 소스코드, 즉 원시코드(.java)sms CPU가 인식을 못 하므로 기계어로 컴파일 해줘야 한다.
하지만 Java는 이 JVM이라는 가상머신을 거쳐 OS에 도달하기 때문에 OS가 인식할 수 있는 기계어로 바로 컴파일되는게 아니라 JVM이 인식할 수 있는 Java byte cod(.class)로 변환된다.

OS란? 운영체제(Operating System)는 컴퓨터 시스템의 자원들을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하고, 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 여러 프로그램의 모임.
컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스로서 동작하는 시스템 소프트웨어의 일종으로, 다른 응용프로그램이 유용한 작업을 할 수 있도록 환경을 제공

JVM 구성요소

JVM은 크게 아래와 같이 이루어져 있다.

클래스 로더(Class Loader)
실행 엔진(Execution Engine)
- 인터프리터(Interpreter)
- JIT 컴파일러(Just-in-Time)
가비지 콜렉터(Garbage collector)
런타임 데이터 영역 (Runtime Data Area)

클래스 로더(Class Loader)

JVM 내로 클래스 파일을 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다.
런 타임 시 동적으로 클래스를 로드하고 jar파일 내 저장된 클래스들을 JVM 위에 탑재한다.
즉, 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크하는 역할을 한다.

클래스 로더 시스템

로딩 -> 링킹 -> 초기화

로딩 - 클래스 로더가 .class 파일을 읽고 데이터를 “Method Area”영역에 저장
-fqcn : 패키지를 포함한 클래스 이름 -> java.lang.String ->
ex) java.lang.String@1233432532
-클래스 / 인터페이스 / 이늄
-메소드와 변수
링킹 - 연결을 하는 작업
이니셜라이전(초기화) - Static이 붙은 친구들 초기화 .static 블럭 실행
클래스로딩시점에 스테틱친구들이 초기화됨

public class Practice {
    public static String STATIC_MESSAGE = "응애";

    static {
        System.out.println("I'm Loading");
        System.out.println(STATIC_MESSAGE + "2");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String staticMessage = Practice.STATIC_MESSAGE;

        System.out.println("Hello");

        System.out.println(staticMessage);
    }
}

결과:
I'm Loading
응애2
Hello
응애

실행 엔진(Execution Engine)

클래스를 실행시키는 역할
클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트 코드를 배치시키고, 이것은 실행 엔진에 의해 실행된다.
자바 바이트 코드(*.class)는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것이다. 그래서 실행 엔진은 이와 같은 바이트 코드를 실제로 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다.

인터프리터(Interpreter)

실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
하지만 한 줄씩 수행하기 때문에 느리다는 단점이 있다.

JIT 컴파일러(Just-in-Time)

인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후에는 해당 더 이상 인터프리팅 하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식이다.

가비지 콜렉터(Garbage collector)

더이상 사용되지 않는 인스턴스를 찾아 메모리에서 삭제함.

PC Register

Thread가 시작될 때 생성되며 생성될 때마다 생성되는 공간으로, 스레드마다 하나씩 존재한다.
Thread가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행해야할 지에 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행 중인 JVM 명령의 주소를 갖는다.

Runtime Data Area

프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간

Method Area (= Class Area = Static area) : 클래스와 static들

클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간

Method Area (클래스 영역 or 스태틱 영역)에 저장되는 데이터:

Field Information (멤버 변수!)
멤버변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자에 대한 정보
Method Information (메소드!)
메소드의 이름, 리턴타입, 매개변수, 접근 제어자에 대한 정보
Type Information (타입!)
class인지 interface인지의 여부 저장. Type의 속성, 전체 이름, super 클래스의 전체 이름. (interface이거나 object인 경우 제외된다. 이건 Heap에서 관리함)

JVM 스택 영역 : 메서드들

프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메소드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장하기 위한 영역이다.
각종 형태의 변수나 임시 데이터, 스레드나 메소드의 정보를 저장한다.
메소드 호출 시마다 각각의 스택 프레임(그 메서드만을 위한 공간)이 생성된다. 메서드 수행이 끝나면 프레임 별로 삭제를 한다.
메소드 안에서 사용되는 값들을 저장한다. 또 호출된 메소드의 매개변수, 지역변수, 리턴 값 및 연산 시 일어나는 값들을 임시로 저장한다.

Native method stack

자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역.
JAVA가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간.
Java Native Interface를 통해 바이트 코드로 전환하여 저장하게 된다.
일반 프로그램처럼 커널이 스택을 잡아 독자적으로 프로그램을 실행시키는 영역

Heap 영역 : 객체(instance)들

객체를 저장하는 가상메모리 공간. new 연산자로 생성되는 객체와 배열을 저장한다.
Class Area(Static Area)에 올라온 클래스들만 객체로 생성할 수 있다.(당연함)
힙은 세 부분으로 나뉘어 진다.

->코드가 실행되는 과정
java c java 컴파일러로 바이트 코드가 만들어짐 app.java -> app.class 로 확장자변경 jre로 넘어옴 jvm으로 들어옴 클래스 소스가 들어와서 메모리에 들어감

메서드 영역 - 클래스
스택, 스레드 영역 - 함수, 메서드
힙 - 인스턴스

JDK

Java Development Kit (자바 개발 키트) : Java 를 사용하기 위해 필요한 모든 기능을 갖춘 Java용 SDK (Software Development Kit)
Jdk : 폴더형태임. 안에 jre라는 폴더가 있음. (JDK 는 JRE를 포함하고 있다.)
java development tool kits -> 개발자도구+ jre
- JRE에 있는 모든 것 뿐만 아니라 컴파일러(javac)와 jdb, javadoc 과 같은 도구도 있다.
즉, JDK는 프로그램을 생성, 실행, 컴파일할 수 있다.
.java 파일을 자바 컴파일러가 바이트 코드(.class) 로 바꿔줌
그리고 os와 하드웨어를 통해 자바코드가 동작할 수 있게 처리를 해주는 것이 jvm이다.

SDK 란?

하드웨어 플랫폼, 운영체제 또는 프로그래밍 언어 제작사가 제공하는 툴이다. 키트의 요소는 제작사마다 다르다.
SDK의 대표적인 예로, JDK 등이 있다.
SDK를 활용하여 애플리케이션을 개발할 수 있다.

JRE

Java Runtime Environment (자바 런타임 환경)
java runtime environment <- 자바가 실행하는 실행환경+ JVM + 자바 클래스 라이브러리(Java Class Library)
컴파일 된 Java 프로그램을 실행하는데 필요한 패키지이다.

요약
JDK는 자바 프로그램을 실행, 컴파일, 개발용 도구.
JRE, JVM를 모두 포함하는 포괄적이 키트이다.
JRE는 자바 프로그램을 실행할 수 있게 하는 도구이다. JVM을 포함하고 있다.

jre에는 자바에서 제공되는 기본 라이브러리들이 포함됨.
jar, zip도 들어있다! 까지만 알기

참고자료: https://doozi0316.tistory.com/entry/1%EC%A3%BC%EC%B0%A8-JVM%EC%9D%80-%EB%AC%B4%EC%97%87%EC%9D%B4%EB%A9%B0-%EC%9E%90%EB%B0%94-%EC%BD%94%EB%93%9C%EB%8A%94-%EC%96%B4%EB%96%BB%EA%B2%8C-%EC%8B%A4%ED%96%89%ED%95%98%EB%8A%94-%EA%B2%83%EC%9D%B8%EA%B0%80

이외 학습한 정보들

stack over flow : 스택이 넘치는 것
heap over flow : 힙이 넘치는 것
setLenient - 날짜를 엄격하게 체크하겠다.
parse() - 날짜를 yyyymmdd 로
pkg가 다르면 같은 이름의 class를 여러개 쓸 수 있음
jvm이 pkg를 포함한 뭐뭐로 구별하기 때문..
package 는 소문자여야함! : 클래스와 인터페이스가 대문자로 시작해서 충돌할 수 있음
ssd에 있는 상태 : program
ram에 있는 상태 : process
loading : ssd에서 ram으로 올리는 과정

cpu 안에

pc : 현재 실행할 명령어 주소값을 저장하는 레지스터
alu : 산술 논리 장치
레지스터 : 프로세서에 위치한 고속 메모리로 극히 소량의 데이터나 처리 중인 중간 결과와도 같은 프로세서가 바로 사용할 수 있는 데이터를 담고 있는 영역

주소값 : 1 2 3
키값 (value) : 10100111 0010011 11111001

포인터 : 변수이긴한데 값이 아니라 주소를 저장하는 변수

콜바이레퍼런스 : 주소값으로 // 값이 변경이되고
콜바이벨류 : 값이 들어감 // 값이 변경이 안 됨

참고 : https://deveric.tistory.com/92

🎁 추가적으로 공부가 필요한 키워드
- 🗿 Block과 Scope
- 🛺 Auto Boxing / Unboxing
- 💌 Call By Value
- 🤹‍♀️ Mutable / Immutable

Block

블록은 중괄호 {} 세트 안에 있는 코드를 말한다.
블록은 하나 이상의 구문을 그룹화하는 데 도움이 되며, 코드의 구조적인 마커 역할을 한다고 보면 된다.

Scope

변수가 선언되는 컨텍스트(context)를 의미
함수내에 변수에 대한 접근이 어떻게 되는지를 나타내는 용어.
변수에 접근할 수 있는 범위

- 컨텍스트 : 웹 실행시에 실시간으로 생성되어 참조되는 문맥정보??

- 전역 스코프 (Global Scope)

만약 변수가 블록 외부에서 선언되면 전역 스코프를 따른다. (이러한 변수를 전역 변수라 한다.)
전역 변수는 블록 안으로 범위가 제한되는 게 아니기 때문에 프로그램의 모든 코드에서 액세스 할 수 있다.

- 블록 스코프 (Block Scope)

만약 변수가 블록 안에서 정의되면 중괄호 {} 내의 코드에서만 액세스 할 수 있는데, 이를 블록 스코프에 있다고 말한다.
블록 범위에서 선언된 변수는 동일한 블록 내에서만 사용할 수 있기 때문에 전역 변수가 아니라 로컬 변수라고 부른다.
블록 외부에서 내부로 접근할 수 없다는 뜻

- 스코프 오염 (Scope Pollution)

전역 네임 스페이스에 너무 많은 전역 변수가 존재하거나, 다른 범위에서 변수를 재사용하는 상황이 오는 것
스코프 오염을 막는 방법 : 블록 스코프를 잘 사용해서 변수의 사용 범위를 엄격하게 제한

참고 : https://hleecaster.com/javascript-scope/

Auto Boxing / Unboxing

Auto Boxing

원시 타입의 값을 해당하는 wrapper 클래스의 객체로 바꾸는 과정을 의미
기본타입(int,long,double등)같은 타입을WrapperClass(Interger,Long,Double 등)객체로 자동 형변환해주는 것.
int n1 = 10; →(AutoBoxing) Integer a1 = n1;

Unboxing

Wrapper 클래스 타입을 원시 타입으로 변환하는 과정의 의미
Wrapper class 객체 타입을 기본타입으로 형변환 해주는 것.
Integer a1 = Interger.valueOf(10); →(Unboxing) int b1 = a1
int -> intiger : 오토박싱 / intiger -> int : 언박싱

참고 : https://jwdeveloper.tistory.com/148

Call By Value

Call by Value 는 메서드를 호출할 때 값을 넘겨주기 때문에 Pass by Value 라고도 부릅니다.
메서드를 호출하는 호출자 (Caller) 의 변수와 호출 당하는 수신자 (Callee) 의 파라미터는 복사된 서로 다른 변수입니다.
값만을 전달하기 때문에 수신자의 파라미터를 수정해도 호출자의 변수에는 아무런 영향이 없습니다.
함수 호출 시 전달되는 변수 값을 복사해서 함수 인자로 전달함. 이때 복사된 인자는 함수 안에서 지역적으로 사용되기 때문에 local value 속성을 가짐. 따라서, 함수 안에서 인자 값이 변경되더라도, 외부 변수 값은 변경안됨
JAVA에서 Call by reference는 해당 객체의 주소값을 직접 넘기는 게 아닌 객체를 보는 또 다른 주소값을 만들어서 넘기다는 사실을 기억
CallByReference: 함수 호출 시 인자로 전달되는 변수의 참조값을 전달함. 따라서 함수 안에서 인자 값이 변경되면, 아규먼트로 전달된 객체의 값도 변경됨

참고 : https://bcp0109.tistory.com/360

Mutable / Immutable

Mutable

객체의 수정을 허용

Immutable

객체의 수정을 허용하지 않는다.

수정이 필요할 경우 Mutable 객체는 기존의 객체에 수정사항을 곧바로 반영한다. 하지만 Immutable 객체의 경우 기존의 객체는 그대로 두고 수정사항을 반영한 새로운 객체를 생성한다는 점에서 차이가 있다.

참고 : https://velog.io/@guswlsapdlf/Java%EC%9D%98-Mutable%EA%B3%BC-Immutable

JINSEON YE

백엔드 개발자

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