JVM Structure
자바 개발자라면 한정된 메모리를 효율적으로 사용하고 최적의 퍼포먼스를 내기 위해 JVM(Java Virtual Machine)을 잘 알아둬야 한다. 프로그램의 성능은 알고리즘 외에도 메모리 관리와 매우 밀접하게 연결되어 있다.
JVM은 자바 프로그램의 생명 주기 전체를 관장하며 리소스를 할당하고 메모리를 관리한다.
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시스템 가상머신의 의미보다는 프로세스 가상머신의 뜻으로 사용
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자바 바이트 코드를 OS에 특화된 코드로 변환하고 실행하는 주체 혹은 사양(Spec)
Class Loader System
Class Loader는 자바 바이트 코드를 읽어서 JVM의 Execution Engine이 사용할 수 있도록 Runtime Data Area에 적재하는 역할을 한다.
즉, 자바 클래스들은 한 번에 메모리에 올라오는 것이 아니라, 런타임 시 필요할 때 동적으로 클래스를 로딩하게 된다.
로딩
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BootStrap Class Loader, 최상위 부모
- 다른 클래스 로더와 달리 자바가 아니라 네이티브 코드로 구현
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Extension Class Loader
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기본 자바 API를 제외한 확장 클래스들 로드
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다양한 보안 확장 기능 등 로드
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Application Class Loader
- Application Classpath에서 클래스를 읽고 로드
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각 Class Loader는 클래스를 읽다가 로드 요청을 받으면, 캐시 👉 부모 👉자식 순으로 클래스 로딩
- 불가한 경우 클래스를 읽은 해당 로더가 클래스를 로드
링크
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Verify
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.class 파일이 유효한지 유효성 검사 수행
- 클래스 로드의 전 과정 중, 가장 까다로운 검사 수행 과정, 가장 복잡하고 시간이 많이 걸린다.
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Preparation
- 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당하고, 클래스에서 정의된 필드, 메서드, 인터페이스들을 나타내는 데이터 구조 준비
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Resolve
- 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메서드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체
초기화
- 클래스 변수들(static)을 적절한 값으로 초기화
메모리(Runtime Data Area)
런타임 데이터 영역은 JVM이 OS 위에서 구동되면서 할당받는 메모리 영역이다.
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쓰레드마다 개별적 할당
- PC register
- Stack
- Native Method Stack
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모든 쓰레드 공유
- Heap
- Runtime Constant Pool
PC register
- PC(Program Counter) 레지스터는 각 스레드마다 하나씩 존재하며 스레드가 시작될 때 생성
- 현재 스레드가 수행 중인 코드의 주소를 갖는다.
Stack
- 각 스레드마다 하나씩 존재하며 스레드가 시작될 때 생성
- 스택 프레임(Stack Frame)이라는 구조체만 저장 가능하며, push, pop으로 동작
Native Method Stack
- 자바 외에 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 스택
Method Area
- class 영역이라고도 불리며, 모든 스레드가 공유하는 영역
- JVM이 시작될 때 생성되고, JVM이 읽어들인 정적으로 판단할 수 있는 데이터의 대부분을 보관
Runtime Constant Pool
- 각 클래스와 인터페이스의 상수뿐만 아니라, 메서드와 필드에 대한 모든 레퍼런스까지 담고 있는 테이블
- JVM은 Runtime Constant Pool을 통해 해당 메서드나 필드의 실제 메모리상 주소를 찾아서 참조
Heap
- 동적으로 인스턴스가 저장되는 공간으로 가비지 컬렉션의 대상
- 모든 쓰레드가 접근 가능하며, 성능 이슈에도 많은 지분 차지
Execution Engine
Interpreter
- Class Loader를 통해 JVM 내 Runtime Data Area에 배치된 바이트 코드를 인터프리터가 명령어 단위로 한 줄씩 읽어나가며 실행
JIT 컴파일러
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코드를 처음 읽는 시점(동적 시점)에 중복 코드를 찾아 Native Code로 번역
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이후 인터프리터가 중복 코드를 만날 때 인터프리팅을 건너뛰고, 캐시에 저장된 Native Code를 사용
- 느린 속도 보완
GC(Garbage Collection)
- 더 이상 참조되지 않는 Heap 영역의 인스턴스들을 자동으로 삭제해 주는 역할
JNI(Java Native Interface)
- 자바 애플리케이션에서 C, C++, 어셈블리로 작성된 함수를 사용할 수 있는 방법 제공
- Native 키워드를 사용한 메서드 호출
네이티브 메서드 라이브러리
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C, C++로 작성된 라이브러리
- ex) Thread.currentThread();
