백기선님 자바스터디 1주차 : JVM이란, 어떻게 동작하나

bongf·2021년 5월 3일

Java강의

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자바소스파일(.java)을 JVM으로 실행하는 과정 이해하기

JVM Java Vitrual Machine의 약자로 자바 바이트 코드를 어떻게 실행할지에 대한 표준 스펙

표준 스펙이므로 이를 구현한 벤더는 여러 가지
컴파일러는 JVM에 포함되지 않는다.
컴파일러가 .java 파일을 컴파일 하면 .class파일(바이트코드로 이루어짐)이 된다.
클래스로더가 클래스 파일을 로드한다.
로드된 바이트 코드들이 배치되는 공간이 있어야 돼 == Runtime Data Area
그럼 Executive Engine(GC,, 가비지컬렉터, JIT 컴파일러가 여기있어)이 이를 실행한다
- 인터프리터가 실행시점에 바이트코드를 기계어로 번역.
- JIT 컴파일러가 자주 실행 되는 것은 컴파일 해두고
JVM을 쓰면 OS에 종속적이지 않고, 메모리 관리를 한다는 장점
- JVM 자체는 OS 종속적

출처: 자바의 정석 기초편, https://www.infoworld.com/article/3272244/what-is-the-jvm-introducing-the-java-virtual-machine.html https://www.itworld.co.kr/news/110837
Java Virtual Machine
JVM 기능 1) 애플리케이션의 OS의 종속을 없앤다
- 일반 애플리케이션은 OS랑 직접 소통을 하는데 반해 자바는 애플리케이션 - OS 사이에 JVM이 있다
- JVM이 있어서 OS에 종속되지 않는다
- "Write once, run anywhere" 철학 실행 가능
JVM 기능2) 메모리 관리를 한다
- 프로그래머가 사용하지 않는 부분을 메모리에서 정리하지 않아도 된다
- Garbage Collection : JVM은 가비지 컬렉션이라는 프로세스를 통해 관리한다. 이 가바지 콜렉션 프로세서는 자바프로그램에서 사용되지 않는 메모리를 찾아내서 제거. 가바지 컬렉션 프로레서는 실행 중인 JVM내부에서 일어남.
- ex. 객체가 생성되어 있다가 참조형 변수와 연결이 끊기면 남아 있는데 이를 GC가 찾아서 없앤다

cmd에서 javac(자바 컴파일러) + 파일명(.java 확장자를 붙인다)를 입력한다.
자바 컴파일러. 사람이 작성한 문장을 자바바이트코드로 변환
컴파일을 하면 JVM이 이해할 수 있는 클래스 파일이 생성된다.
: 자바 컴파일러는 자바로 작성된 코드를 자바가상머신이 이해할 수 있는 언어로 변환한다. http://www.tcpschool.com/java/java_intro_programming
: 자바 클래스 파일이 자바바이트코드로 이루어진 것이다.

cmd에서 java + 클래스파일(.class 는 붙이지 않는다)를 입력한다
java.exe : 자바인터프린터, 자바프로그램(클래스파일)을 실행
자바프로그램을 실행 > java.exe가 지정된 클래스 파일에서 main 메서드를 찾는다 > 메서드 안의 첫 번째 문장부터 실행한다 > 메인메서드의 모든 문장이 실행되고 나면 프로그램 종료

바이트코드(Bytecode, portable code, p-code)는 특정 하드웨어가 아닌 가상 컴퓨터에서 돌아가는 실행 프로그램을 위한 이진 표현법이다
JVM 실행하는 명령어의 집합.
기계어와 사람이 작성한 코드 사이의
컴파일 후 생성된 .class파일이 바이트코드를 담고있다
컴파일을 통해 생성된 바이트코드는 OS, 개발환경에 관계없이 같은 명령어 집합을 사용하며 이것이 자바의 크로스 플랫폼 동작을 가능하게하는 부분https://iamsang.com/blog/2012/08/19/introduction-to-java-bytecode/

출처 : 위키피디아JIT 컴파일러란 무엇인가
Just In Time 컴파일러
JIT 컴파일러는 인터프리트방식과 컴파일 방식의 혼합.
- 실행 시점에서 인터프리트 방식으로 기계어 코드를 생성하면서 그 코드를 캐싱하여, 같은 함수가 여러 번 불릴 때 매번 기계어 코드를 생성하는 것을 방지한다.
JVM에서만 돌아가는 자바 바이트 코드를 해당 플랫폼에 맞는 기계어(native machine code)로 컴파일해 준다.
JIT는 어떻게 동작하는가
- 출처 : https://aboullaite.me/understanding-jit-compiler-just-in-time-compiler/

JVM이 처음 나왔을 때 interpreter방식 (한 줄씩 해석하고 실행)때문에 속도가 느렸다. 하지만 JIT로 극복했다.
: interpreter - 바이트코드를 하나씩 읽어서 실행
- JIT는 일반 인터프리터의 방식을 취하되, 코드를 캐싱하는 특징이있다.
- 실행시점에 인터프리티방식(실행 중 프로그래밍 언어를 읽어가면서 해당 코드에 대응하는 기계어 코드를 실행)으로 기계어 코드를 생성하면서 그 코드를 캐싱(캐시란 컴퓨터 과학에서 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 장소를 가리킨다.)하여 같은 함수가 여러 번 불릴 때 매번 기계어 코드를 생성하는 것을 방지
Java는 사람이 쓴 코드 > 바이트코드 > 기계어로 번역해서 시간이 많이 걸린다. 그 문제를 해결하기 d위한 것. 실행시점에 자주 쓸만한 코드(해당 바이코드 묶음 전체, 메소드 단위?)들을 기계어(native 코드)로 변환시킨 다음에 저장해두기 때문에 코드가 재사용될 때 변환 시간을 단축한다https://medium.com/@lazysoul/jit-just-in-time-16bb63f3ae26

출처 https://medium.com/@lazysoul/jvm-%EC%9D%B4%EB%9E%80-c142b01571f2, https://sehun-kim.github.io/sehun/JVM/
크게 클래스파일을 로드하는 Class Loader / 해당 바이트코드(클래스파일)가 배치되는 공간인 Runtime Data Areas / 로드된 클래스의 바이트코코드를 실행하는 Execution Engine 이 3가지로 구성되어 있다
Class Loader
Runtime시점(클래스가 처음 사용되는 시점)에 클래스를 메모리에 로드한다
Runtime Data Areas : JVM이 운영체제 위에서 실행될 때 할당받는 메모리
- 클래스 파일이 이곳에 로드 된다
Executve Engine : Runtime Data Areas에 배치된 클래스파일을 실행한다
- 자바바이트코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다

출처 : https://goodgid.github.io/Java-JDK-JRE/
JRE는 JVM 읽기 전용 / JDK는 읽고 쓰는 전용(개발용) 이라고 보면 된다
JRE (Java Runtime Environmnet) 말그대로 자바 실행 환경
- JRE는 JVM이 실행될 수 있는 환경을 구현해 놓은 것이다.
- 자바 프로그램을 동작시킬 때 필요한 라이브러리 파일과 기타 파일을 가지고 있다.
- 여기에는 자바 프로그래밍 도구가 없어 읽기만 가능하다
JDK (Java Development Kit)
- 자바 개발 키트
- JDK = JRE + 프로그래밍 도구 (자바 컴파일러 도구 등)
- - 출처 : https://wikidocs.net/257