[JAVA] JVM 구조

JVM

• 정의

  • JAVA 프로그램 실행 환경을 만들어 주는 소프트웨어

• Specification

  • 문서는 상당히 많은 부분이 추상적으로 작성되어 있다.
  • 표준의 역할을 하는 문서가 존재하여 누구나 만들 수 있다.
  • 구현된 형태에 제약이 없다.
  • 추상화/다형성으로부터 얻을 수 있는 장점을 폭넓게 누릴 수 있다.
    ex. oracle - hotspot, IBM Open J9, AZUL Systems Zulu 등

• 동작 구조
  

  1. JAVA 소스 코드가 JAVAC 에 의해 .class 파일이 된다. (컴파일 타임 환경)
  2. JVM Class Loader 는 runtime data area 에 .class 를 로딩한다. (런타임 환경)
  3. Excution Engine 은 .class 를 해석한다. (런타임 환경)
  4. 해석된 바이트 코드는 runtime data area 의 각 영역에 배치되어 수행되고, Excution Engine 에 의해 GC 작동과 스레드 동기화가 이루어진다. (런타임 환경)

• Class Loader

  • 런타임에 동적으로 클래스를 메모리에 로딩하는 역할

  • .class 파일을 묶어서 JVM 이 운영체제로부터 할당 받은 메모리 영역인 Runtime Data Area 로 적재

  • 단계

    • 로딩
      • 자바 바이트 코드를 메소드 영역에 저장
        • 로드된 클래스
        • 부모 클래스 정보
        • 변수나 메소드 정보
        • 클래스 파일
        • class, interface, enum
    • 링크
      • 검증
        • 읽어 들인 클래스가 자바 언어 명세 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어있는지 검사
      • 준비
        • 클래스가 필요로 하는 메모리 할당
        • 클래스에서 정의된 데이터 구조 준비
      • 분석
        • 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체
        • 심볼릭 메모리 레퍼런스 ?
          • 참고하는 클래스의 특정 메모리 주소를 참조 관계로 구성한 것이 아니라 참조하는 대상의 이름만 지칭한 것
    • 초기화
      • static 변수를 설정된 값으로 초기화

  • 종류
    

  • 동작 방식
    
    

Execution Engine (실행 엔진)

• 정의

  • 메모리에 적재된 바이트 코드를 기계어로 변경하여 명령어 단위로 실행

• 종류

  • Interpreter (인터프리터)
    • 런타임 중에 바이트 코드를 한라인씩 읽고 실행한다.
    • 인터프리터를 사용함으로서 JAVA 가 플랫폼에 독립적이고, 이식성이 높아지지만 속도 문제가 발생한다.
  • JIT Compiler (JIT 컴파일러, Just-In-Time Compiler)
    • 인터프리터 속도 문제를 해결하기 위해 디자인된 기능이다.
    • 자주 실행되는 바이트 코드 영역을 런타임 중에 기계어로 컴파일하여 사용한다.
    • 방식
      • 어떤 코드가 자주 실행되는지 파악한 후 자주 쓰이는 코드는 머신 코드로 컴파일해서 속도를 높이다. 이후 실행 기록을 모아서 자주 쓰이는 코드를 native code 로 변환하는 작업을 JIT 컴파일러가 수행한다.
        ⇒ 프로그램을 오래 실행할 수록 프로그램 실행 속도가 빨라진다.
    • 컴파일 임계치
      • JVM 내 있는 메서드 호출 횟수 + 메서드가 루프를 빠져나오기까지 돈 횟수
        ⇒ 위의 두 개의 합계를 확인하여 메서드가 컴파일 될 자격을 얻으면 컴파일을 위한 큐에 대기하고, 컴파일 스레드에 의해 컴파일 된다.
        ⇒ 참고 (https://inspirit941.tistory.com/352)
        

• Garbage Collector (가비지 컬렉터, GC)

  • 정의

    • JVM 의 Heap 영역에서 동적으로 할당했던 메모리 영역 중 필요 없게 된 메모리 영역을 주기적으로 삭제하는 프로세스

  • 장점

    1. 메모리 관리, 누수 문제에 대해서 완벽하게 관리하지 않아도 된다.

  • 단점

    1. 개발자가 메모리가 언제 해제되는지 정확히 알 수 없다.
    2. GC 가 동작하는 동안에는 다른 동작을 멈추기 때문에 오버헤드가 발생한다.

  • 대상 객체
    
    어디서든 참조하지 않는 객체 ⇒ Unreachable 한 객체다

  • 동작 원리
    - Mark And Sweep 알고리즘
    - 루트에서부터 해당 객체에 접근 가능한지에 대한 여부를 메모리 해제의 기준으로 삼는다.
    - 과정
    

      - Mark 과정 : Root 로부터 그래프 순회를 통해 연결된 객체를 찾아내어 각각 어떤 객체를 참조하는지 마킹한다.
     - Sweep 과정 : 참조하고 있지 않는 객체는 Heap 에서 제거한다.
     - Compact 과정 : 분산된 객체를 Heap 의 시작 주소로 모아 메모리가 할당된 부분과 그렇지 않은 부분으로 압축한다.

    REFERENCE

    https://coding-factory.tistory.com/829