Java Virtual Machine

박병욱·2025년 4월 18일

JVM TIL 자바

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✅ JVM이란?

JVM (Java Virtual Machine)은 자바 바이트 코드(.class 파일)를 실행할 수 있게 해주는 가상의 컴퓨터(추상화된 기계)다.

쉽게 말하면, "운영체제와 자바 프로그램 사이에서 중재자 역할을 하는 프로그램" 인 것이다.

💡 왜 필요한가?

자바는 “한 번 작성하면 어디서든 실행된다 (Write Once, Run Anywhere)” 는 철학을 가진 언어다. 이걸 가능하게 해주는 핵심이 바로 JVM인 것이다. 자바 코드는 컴파일 되면 바이트 코드(.class)가 되는데, 이 바이트 코드를 운영체제에서 직접 실행할 수 없기 때문에 운영체제에 맞는 JVM이 대신 실행해준다.

단계	설명
`Java source code (.java)`	개발자가 작성한 코드
⬇ 컴파일 (`javac`)	자바 컴파일러
`Bytecode (.class)`	JVM만 이해할 수 있는 중간 언어
⬇ 실행 (`java`)	JVM이 바이트코드를 실행
실제 실행됨	JVM이 OS 위에서 실행해줌

🧠 JVM의 역할

JVM은 자바 프로그램을 실행하기 위해 아래의 역할을 수행한다.

클래스 로딩
→ .class 파일을 메모리에 올리는 역할 (ClassLoader)

바이트 코드 검증
→ 코드가 문제 없는지 검사

실행 엔진
→ 바이트 코드를 기계어로 번역해서 실행

메모리 관리
→ Heap, Stack 등 메모리 공간을 관리하고 가비지 컬렉션 수행

🏗️ JVM의 내부 구조

JVM은 크게 아래 3가지로 나뉜다.

1. Class Loader (클래스 로더)

.class 파일 바이트 코드)을 읽어서 Runtime Data Area 형태로 메모리에 적재하는 역할을 한다.

2. Runtime Data Area (런타임 데이터 영역)

자바 프로그램 실행에 필요한 메모리 공간
아래와 같은 공간들로 나뉘어 있다.

영역	설명
Heap Area	동적으로 생성된 객체와 배열이 저장되는 곳으로 GC의 대상이 되는 영역
Stack Area	지역 변수, 파라미터 등이 생성되는 영역으로, 동적으로 객체를 생성하면 실제 객체는 Heap에 할당되고 해당 레퍼런스만 Stack에 저장
Method Area	클래스 멤버 변수, 메서드 정보, 타입 정보 등이 생성
PC Register	현재 쓰레드가 실행되는 부분의 주소와 명령을 저장
Native Method Stack	자바 외의 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 메모리 영역

3. Execution Engine (실행 엔진)

메모리에 적재된 바이트 코드를 기계어로 변환해주고, GC를 실행하는 실행 엔진이다.
JVM Runtime Data Area 에 배치된 바이트 코드는 Execution Engine에 의해 실행된다.
실행 방식에는 2가지가 있다.
- 인터프리터 (Interpreter): 한 줄씩 실행 → 느림
- JIT 컴파일러 (Just-In-Time): 실행 중간에 자주 쓰는 코드들을 컴파일 해놓고 저장해서 사용

📦 예시로 이해하기

public class Hello {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello, world!");
  }
}

위 코드를 javac Hello.java로 컴파일하면 → Hello.class 생성됨
JVM은 Hello.class 파일을 메모리에 로드하고
main 메서드를 찾은 후
System.out.println()을 실행한다.

♻️ JVM의 메모리 관리: 가비지 컬렉션

여기서 “Garbage” 란 무엇일까? 바로 “정리되지 않은 메모리”, “유효하지 않은 메모리 주소” 를 뜻한다. 아래 코드를 살펴보자.

String arr = new String[3];

arr[0] = '0';
arr[1] = '1';
arr[2] = '2';

arr = new String[] {'A', 'B', 'C'};

arr 라는 배열에 문자 ‘0’, ‘1’, ‘2’ 는 어디로 간 걸까? 이런 식으로 주소를 잃어버려서 사용할 수 없는 메모리를 “정리되지 않은 메모리” 라고 할 수 있다. 추가적으로 앞으로 사용하지 않고 메모리를 가지고 있는 객체 역시 Garbage에 포함된다.

자바는 new 키워드로 객체를 생성하면 → Heap 영역에 저장됨
객체 사용이 끝나고 참조가 없으면 → JVM이 자동으로 제거함, 하지만 모든 메모리 누수를 잡아주는 것은 아니므로 항상 경계해야 한다.
이 과정을 Garbage Collection (GC) 이라고 한다.

즉, 개발자가 free()나 delete를 직접 호출할 필요가 없는 것이다. (C 언어와의 큰 차이점)

🔥 정리: JVM이 하는 일 요약

기능	설명
바이트 코드 실행	자바 코드(.class)를 실제로 실행
메모리 관리	Stack, Heap, Method Area 등 관리
GC 수행	사용 안 하는 객체 자동 삭제
OS 독립성 제공	어떤 운영체제에서든 자바 프로그램 실행 가능
보안	바이트 코드 검증 등 다양한 보호 장치