전체적인 Java의 실행과정

• 1. 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 이 프로그램이 필요로 하는 메모리를 할당받습니다.
  • JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리합니다.
• 2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어들여 자바 바이크 코드(.class)로 변환시킵니다.
• 3. Class Loader를 통해 class 파일들을 JVM으로 로딩합니다.
• 4. 로딩된 class 파일들은 Execution Engine을 통해 바이트코드로 해석됩니다.
• 5. 해석된 바이크 코드는 Runtime Data Area에 배치되어 실질적인 수행이 이루어집니다.
• 6. 이러한 실행과정 속에서 JVM은 필요에 따라 Thread Synchronization, GC 같은 관리작업을 수행합니다.

JVM의 구성

Class Loader(클래스로더)

• JVM내로 클래스(.class파일)를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈입니다.

• Runtime시에 동적으로 클래스를 로드하며, jar 파일 내에 저장된 클래스들을 JVM위에 탑재하고 사용하지 않는 클래스들은 메모리에서 삭제합니다.

• 자바는 동적코드, 컴파일 타임이 아닌 런타임에 참조합니다.

• 즉 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크를 하게 되는 거입니다.

• java -> javac -> .class -> JVM -> Runtime Data Area

  Execution Engine(실행 엔진)

• 클래스를 실행시키는 역할을 합니다.

• 클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트 코드를 배치시킵니다.

  • 이것은 Execution Engine에 의해 실행됩니다.

• 자바 바이트 코드는 기계가 바로 수행 할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것입니다.

• 그래서 실행엔진은 이와 같은 바이트 코드를 실제로 JVM 내부에서 기계까 실행 할 수 있는 형태로 변경합니다.

Interpreter(인터프리터)

• 실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행합니다.
• 하지만 이 방식은 인터프리터 언어의 단점을 그대로 갖고있습니다.
• 한 줄 씩 수행하기 때문에 느립니다.
• 명령어를 하나씩 수행하는 기본적인 방식이지만, 전체 수행은 느린편입니다.
• 단, 명령어 하나의 동적만큼은 빠릅니다.

JIT(Just - In - Time)

• 인터프리터 방식의 단점을 보완하기 위해 도입된 JIT 컴파일러, 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경하고, 이후에는 해당 더이상 인터프리팅 하지 않고, 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식입니다.
• 네이티브 코드는 캐시에 보관하기 떄문에 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 수행됩니다.
• 물론 JIT컴파일러가 컴파일하는 과정은 바이트 코드를 인터프리팅하는것보다 훨씬 오래걸리므로 한 번만 실행되는 코드라면 컴파일 하지않고 인터프리팅하는것이 유리합니다.
• 따라서 JIT 컴파일러를사용하는 JVM들은 내부적으로 해당 메서드가 얼마나 자주 수행되는지 체크하고, 일정 정도를 넘을 때에만 컴파일을 수행합니다.
  • 바이트코드 -> 네이티브 코드로 변환 후 인터프리팅하지 않으며 네이티브 코드로 실행(실행 동작은 빠르지만 컴파일하는데 시간이 많이 소요됩니다.)

RunTime Data Area

1. Method Area(= Class Area = Static Area)

• 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간
• 올라가게 되는 메서드의 바이트 코드는 프로그램의 흐름을 구성하는 바이트 코드
  • 자바 프로그램은 main메서드의 호출에서부터 계속된 메서드의 호출로 흐름을 이어가기 때문입니다.
• 대부분 인스턴스의 생성도 메서드 내에서 명령하고 호출합니다.
• 사실상 컴파일 된 바이트 코드의 대부분이 메서드 바이트 코드이기 떄문에 거의 모든 바이트 코드가 올라간다고 봐도 무방합니다.
• 이공간에는 Runtime Constant Pool(상수풀)이라는 별도의 관리 영역도 함께 존재합니다.
  • 이는 상수 자료형을 저장하여 참조하고 중복을 막는 역할을 수행합니다.
• Method Area는 클래스 데이터를 위한 공간이라면 Heap영역이 객체를 위한 공간입니다.
  - Heap과 마찬가지로 GC의 관리 대상에 포함됩니다.

올라가는 정보의 종류

• Field information : 멤버 변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자에 대한 정보
• Method information : 메서드의 이름 , 리턴타입, 매개변수, 접근제어자에 대한 정보
• Type information : class 인지 interface 인지 여부저장 / Type 속성,전체이름

2. Heap Area(힙 영역)

• 객체를 저장하는 가상 메모리 공간입니다.
• new 연산자로 생성된 객체와 배열을 저장합니다.
• 물론 class area영역에 올라온 클래스들만 객체로 생성 할 수 있습니다.
• 힙메모리영역은 세 부분으로 나눌 수 있습니다.
  

3. Stack Area

• 프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메서드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장하기 위한 영역입니다
• 각종 형태의 변수나 임시 데이터, 스레드나 메서드의 정보를 저장합니다.
• 메서드 호출 시마다 각각의 스택 프레임(그 메서드만을 위한 공간)이 생성됩니다.
• 메서드 수행이 끝나면 프레임 별로 삭제를 합니다.
• 메서드안에서 사용되는 지역변수를 저장합니다.
• 또 호출된 메서드의 매개변수,지역변수,리턴값 및 연산시 일어나는 값들을 임시로 저장합니다.

4.PC Register

• Thread가 시작될 때 생성되며 생성될 때마다 생성되는 공간으로 스레드마다 하나씩 존재한다. Thread가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행할지에 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 갖는다. 스레드가 생성될 때마다 할당되는 영역으로 PC(Program Counter)이다. 쓰레드가 실행할 JVM 명령(바이트 코드의 명령)의 주소를 저장. 여러 바이트 코드 명령어들이 나열된 형태가 되고 JVM은 명령을 하나씩 실행해나가며 Java 어플리케이션을 실행한다.
  현재 쓰레드가 실행되는 부분의 주소와 명령을 저장하는 영역.(쓰레드를 돌아가면서 수행)