JVM 큰 구조
JVM은 크게 아래와 같이 이루어져 있다.
- 클래스 로더(Class Loader)
- 실행 엔진(Execution Engine)
- 런타임 데이터 영역 (Runtime Data Area)
클래스 로더(Class Loader)
JVM 내로 클래스 파일(*.class)을 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다.
런타임시 동적으로 클래스를 로드하고 jar 파일 내 저장된 클래스들을 JVM 위에 탑재한다.
즉, 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크하는 역할을 한다.
클래스 로딩 과정
로드 : 클래스 파일을 가져와서 JVM의 메모리에 로드
검증 : 자바 언어 명세(Java Language Specification) 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어 있는지 검사
준비 : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당(필드, 메서드, 인터페이스 등등)
분석 : 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경
초기화 : 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화(static 필드)
실행 엔진(Execution Engine)
클래스를 실행시키는 역할이다.
클래스 로더가 JVM내의 Runtime Date Area에 바이트 코드(*.class)를 배치시키고, 이것은 실행 엔진에 의해 실행된다.
자바 바이트 코드(*.class)는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것이다. 그래서 실행 엔진은 이와 같은 바이트 코드를 실제로 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다.
인터프리터(Interpreter)
실행 엔진은 자바 바이트 코드를 인터프리터를 통해 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 하지만 한 줄씩 수행하기 때문에 느리다는 단점이 있다.
JIT 컴파일러(Just-in-Time)
인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후에는 해당 더 이상 인터프리팅 하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식이다.
가비지 콜렉터(Garbage collector)
더이상 사용되지 않는 인스턴스를 찾아 메모리에서 삭제한다.
런타임 데이터 영역 (Runtime Data Area)
런타임 데이터 영역 (Runtime Data Area)은 프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간이다.
PC Register
Thread가 시작될 때 생성되며 생성될 때마다 생성되는 공간으로, 스레드마다 하나씩 존재한다. Thread가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행해야할 지에 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행 중인 JVM 명령의 주소를 갖는다.
JVM 스택 영역
프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메소드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장하기 위한 영역이다. 각종 형태의 변수나 임시 데이터, 스레드나 메소드의 정보를 저장한다.
메소드 호출 시마다 각각의 스택 프레임(그 메서드만을 위한 공간)이 생성된다. 메서드 수행이 끝나면 프레임 별로 삭제를 한다.
메소드 안에서 사용되는 값들을 저장한다. 또 호출된 메소드의 매개변수, 지역변수, 리턴 값 및 연산 시 일어나는 값들을 임시로 저장한다.
Native method stack
자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역으로 JAVA가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간이다.
Java Native Interface를 통해 바이트 코드로 전환하여 저장하게 된다. 일반 프로그램처럼 커널이 스택을 잡아 독자적으로 프로그램을 실행시키는 영역이다.
Method Area (= Class Area = Static area)
클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간
- Runtime Constant Pool
Static area에 존재하는 별도의 관리영역으로 상수 자료형을 저장하여 참조하고 중복을 막는 역할을 수행한다.
Heap 영역
객체를 저장하는 가상메모리 공간. new 연산자로 생성되는 객체와 배열을 저장한다. Class Area(Static Area)에 올라온 클래스들만 객체로 생성할 수 있다. 힙은 세 부분으로 나뉘어 진다.
- Permanent Generation
직역하면 영구적인 세대이다.
생성된 객체들의 정보의 주소값이 저장된 공간이다.
클래스 로더에 의해 load되는 Class, Method 등에 대한 Meta 정보가 저장되는 영역이고 JVM에 의해 사용된다. Reflection을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용된다.
( Reflection : 객체를 통해 클래스의 정보를 분석해 내는 프로그래밍 기법, 구체적인 클래스 타입을 알지 못해도, 컴파일된 바이트 코드를 통해 역으로 클래스의 정보를 알아내어 사용할 수 있다는 뜻이다 )
- New/Young 영역
이곳의 인스턴스들은 추후 가비지 콜렉터에 의해 사라진다. 생명 주기가 짧은 “젊은 객체”를 GC 대상으로 하는 영역이다. 여기서 일어나는 가비지 콜렉트를 Minor GC 라고 한다.- Eden : 객체들이 최초로 생성되는 공간
- Survivor 0,1 : Eden에서 참조되는 객체들이 저장되는 공간
- Eden : 객체들이 최초로 생성되는 공간
- Old 영역
이곳의 인스턴스들은 추후 가비지 콜렉터에 의해 사라진다.생명 주기가 긴 “오래된 객체”를 GC 대상으로 하는 영역이다.여기서 일어나는 가비지 콜렉트를 Major GC 라고 한다. Minor GC에 비해 속도가 느리다.
New/Young Area에서 일정시간 참조되고 있는, 살아남은 객체들이 저장되는 공간이다.
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