[Java] 자바 가상 머신(Java Virtual Machine)

Juhye Pyoun·2023년 9월 8일

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시스템 메모리를 관리하면서 자바 기반 애플리케이션을 위해 이식 가능한 실행 환경을 제공한다

JVM의 목적은 다른 프로그램을 실행시키는 것이다

JVM에는 2가지 기본 기능이 있다

JVM의 정의도 2가지로 나눌 수 있다

기술적 정의: JVM은 코드를 실행하고 해당 코드에 대해 런타임 환경을 제공하는 소프트웨어 프로그램에 대한 사양(Specification)이다.
소프트웨어 프로그램에 대한 사양(Specification)
일반적 정의: JVM은 자바 프로그램을 실행하는 방법이다. JVM의 설정을 구성한 다음 설정사항에 따라 실행 중에 프로그램 리소스를 관리한다.

개발자들이 JVM에 대해 말한다면
대개는 어떤 기기 상에서 실행되고 있는 프로세스, 특히 자바 앱에 대한 리소스를 대표하고 통제하는 서버를 지칭한다.
이 맥락에서의 JVM은 이런 작업들을 수행하는 프로그램 구축을 위한 요구조건들을 정의하는 JVM 사양과는 다르다,

JVM 실행에 있어서 가장 일반적인 상호작용은 힙(Heap)과 스택(Stack)의 메모리 사용을 확인하는 것이다

프로그램이 실행되면, JVM은 OS로부터 이 프로그램이 필요로 하는 메모리를 할당받고, 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다
자바 컴파일러(JAVAC)가 자바 소스코드를 읽고, 자바 바이트코드(.class)로 변환시킨다
변경된 class 파일들을 클래스 로더를 통해 JVM 메모리 영역으로 로딩한다
로딩된 class파일들은 Execution engine을 통해 해석된다
해석된 바이트 코드는 메모리 영역에 배치되어 실질적인 수행이 이루어진다
이러한 실행 과정 속 JVM은 필요에 따라 스레드 동기화나 가비지 컬렉션 같은 메모리 관리 작업을 수행한다

자바 소스코드(.java)를 바이트 코드(.class)로 변환

자바 컴파일러에 의해 변환된 자바 바이트 코드를 하나씩 읽고 해석

JVM은 런타임시에 처음으로 클래스를 참조할 때 해당 클래스를 로드하고 메모리 영역에 배치. 이렇게 동적으로 클래스를 로딩해주는 부분이 클래스 로더

자바 컴파일러가 생성한 자바 바이트 코드를 런타임에 바로 기계어로 변환

JVM이 운영체제 위에서 실행되면서 할당받는 메모리 영역

힙 영역: 런타임에 동적으로 할당되는 데이터가 저장되는 영역. 객체나 배열 생성이 여기에 해당함
스택 영역 : 지역변수, 매개변수, 메소드 정보, 임시 데이터 등을 저장
메소드 영역 : JVM이 시작될 때 생성되고, JVM이 읽은 각각의 클래스와 인터페이스에 대한 런타임 상수 풀, 필드 및 메소드 코드, 정적 변수, 메소드의 바이트 코드 등을 보관
PC 레지스터 : 스레드가 어떤 명령어로 실행되어야 할지 기록하는 부분 (JVM 명령의 주소를 가짐)
네이티브 메소드 스택 : 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역

이 중 힙과 메소드 영역은 모든 스레드가 공유해서 사용한다