JAVA와 JVM

탄생 배경

JAVA Programming 의 대표적인 특징은 JVM(Java Virtual Machine) 의 존재이다. 당시 JAVA 가 등장하기 전까지만해도 C/C++ 로 작성된 코드는 각각의 하드웨어에 따라서 다르게 작성할 필요가 있었고, 이 점이 상당히 번거로웠기 때문에 대안을 가지고 등장한 것이 자바와 JVM 이다.

자바 파일이 컴파일 된 코드(.class, 바이트 코드) 는 플랫폼 독립적이다

다만 또 JVM 은 플랫폼 종속적이라는 아이러니가 있는데, JAVA사 자체도 가전제품을 만들던 회사였기 때문에 JVM 을 탑재한 하드웨어의 생상을 증진시키려는 의도가 아니였나 싶다. 덕분에 개발자들은 프로그램 개발에 더 심혈을 기울일 수 있게 되었다

JVM

사실 자바의 전신은 JVM 이라 해도 무방할 정도로 대부분의 작업이 JVM 위에서 수행된다.

동작순서

우리가 작성하는 .java 파일은 -> javac(java compiler) 를 거쳐 -> .class(JVM 을 동작하는 바이트코드) 파일을 생성한다 ... (1)

컴파일 된 바이트코드를 JVM의 Class Loader에게 전달한다 ... (2)

Class Loader는 동적로딩(Dynamic Loading)을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 런타임 데이터 영역(Runtime Data area), 즉 JVM의 메모리에 올린다 ... (3)

Class Loader

런타임 환경에서 Class 를 효율적으로 Load 하기 위해서 존재한다
클래스 로드 시점은
1. 클래스의 인스턴스 생성
2. 클래스의 정적 변수 사용 (단, 정적 변수는 final로 선언된 상수는 제외)
3. 클래스의 정적 메소드 호출

다음은 클래스 로드 순서이다

Load : .class 파일을 가져와서 JVM의 메모리에 로드합니다.

Validation : 자바 언어 명세(Java Language Specification) 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어 있는지 검사합니다.

Preparing : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당합니다. (필드, 메서드, 인터페이스 등등)

Resolving : 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경합니다.

Initializing : 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화합니다. (static 필드)

여기까지 JVM 에서 .class 파일에서 요구하는 메모리 공간을 확보하고, 런타임 이전에 초기화해야하는 값(static variable)을 초기화하는 과정을 끝냈다.

이제 남은건 프로그램을 실행시키는 일

Execution Engine

실행엔진(Execution Engine)은 JVM 메모리에 올라온 바이트 코드들을 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행합니다. 이때, 실행엔진은 2가지 방식으로 동작할 수 있습니다.

JAVA InterPreter : 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 실행합니다. 하나하나의 실행은 빠르나, 전체적인 실행 속도가 느리다는 단점을 가집니다.

• byte code -> InterPreting -> 실행

JIT 컴파일러(Just-In-Time Compiler) : 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로 바이트 코드 전체를 컴파일하여 바이너리 코드로 변경하고 이후에는 해당 메서드를 더이상 인터프리팅 하지 않고, 바이너리 코드로 직접 실행하는 방식입니다. 하나씩 인터프리팅하여 실행하는 것이 아니라 바이트 코드 전체가 컴파일된 바이너리 코드를 실행하는 것이기 때문에 전체적인 실행속도는 인터프리팅 방식보다 빠릅니다.

• byte code -> JIT -> binary code -> 실행

JIT 를 통해 컴파일 하면 코드 자체가 캐싱되기 때문에 더 빠르게 실행이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 코드의 길이가 비교적 짧을 때는 인터프리팅 방식이 빠를 수 있음(컴파일 시간이 더 오래걸려)

또한 어느 한 방법을 채택하는 방식이 아니라 JIT 를 사용하기에 유리한 부분과 인터프리팅이 유리한 부분을 나누어서 실행을 한다. (핫스팟 컴파일러)