2장 자바와 절차적/구조적 프로그래밍

Seunghee Ryu·2023년 11월 18일

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JDK, JRE, JVM 관계

JDK : Java Development Kit, 자바 개발 환경 - 컴파일러, 역어셈블러, 디버거, 의존관계분석 등 개발에 필요한 도구 제공
JRE : Java Runtime Environment, 자바 실행 환경 - 자바 실행 명령, 클래스로더와 바이트코드의 실행에 필요한 기본 라이브러리 제공
JVM : Java Virtual Machine, 자바 가상 머신 - 바이트코드 인터프리터, JIT 컴파일러, 링커, 명령어 세트, 가비지 컬렉터, 런타임 데이터 영역(메모리) 등 OS에 독립적으로 실행될 수 있는 추상층 제공
즉, JDK를 이용해서 바이트 코드를 만들고 JRE를 사용해서 바이트 코드를 실행하면 JVM이 기동되면서 바이트 코드의 실질적인 실행을 담당한다
JVM 스펙(https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se11/html/jvms-5.html#jvms-5.2)

JVM(Java Virtual Machine)
- 자바 가상 머신의 약자로 자바 프로그램 런타임 환경을 제공하는 소프트웨어
- Java와 OS 사이에서 중개자 역할을 수행하여 Java가 OS에 구애받지 않고 실행되도록 한다
- 프로그램 메모리 관리도 하며 최적화도 수행한다

Java 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 해당 프로그램이 필요로 하는 메모리를 할당받는다.
JVM은 할당받은 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다
자바 컴파일러(javac)가 자바 소스 코드를 읽어들여 자바 바이트 코드(.class)로 변환시킨다
- 컴파일 세부단계
  - Lexical Analysis(어휘 분석)
  - Syntax Analysis(구문 분석)
  - Symantic Analysis(의미 분석)
  - Intermediate Code Ceneration(중간 코드 생성) = 바이트 코드 생성
  - Code Optimization(중간 코드 최적화)
클래스 로더를 통해 자바 바이트 코드를 JVM Runtime Data Areas(메서드 혹은 스태틱 영역)로 로딩한다
로딩된 바이트 코드들은 Execution Engine을 통해 해석된다
- interpreter : 실행 중 프로그래밍 언어를 한줄씩 읽어가며 기계어 코드로 번역 후 실행
- JIT Compiler : 실행 시점에서 인터프리터 방식으로 기계어 코드를 생성하면서 그 코드를 캐싱하여 같은 함수가 여러번 불릴 때 매번 기계어 코드를 생성하는 것을 방지
해석된 바이트 코드는 JVM Runtime Data Areas에 배치되어 실질적인 수행이 이루어진다
실행 과정에서 JVM은 필요에 따라 Garbage Collection과 같은 메모리 관리 작업을 수행한다

JVM 단위에 속하는 힙과 메서드 영역은 JVM이 시작될 때 생성되고 JVM이 종료될 때 소멸되며 JVM 하나에 힙 하나, 메서드 영역도 하나가 생성된다
- 힙 : 인스턴스와 배열이 동적으로 생성되며 가비지 콜렉터의 대상이 된다. 동기화 문제 발생 가능성 있음
- 메서드 영역 : 클래스 로더가 적재한 클래스(또는 인터페이스)에 대한 메타데이터 정보가 저장되며 이 영역에 등록된 클래스만이 힙에 생성될 수 있다
스레드 단위에 속하는 PC 레지스터, JVM 스택, 네이티브 메소드 스택은 스레드 별로 생성된다
- PC 레지스터 : 현재 수행중인 JVM Instruction의 주소를 가짐
- JVM 스택 : 스레드의 메서드가 호출될 때 수행 정보(멤소드 호출 주소, 매개 변수, 지역 변수, 연산 스택)가 Frame이라는 단위로 JVM 스택에 저장되며 메서드 호출이 종료될 때 스택에서 제거된다
- 네이티브 메소드 스택 : java 외의 언어로 작성된 네이티브 코드들을 위한 스택
힙과 메서드 영역은 모든 스레드가 공유하게 된다