자바는 OS에 독립적인 특징이 있다. OS가 달라져도 자바를 실행할 수 있는 이유다. 이러한 특징을 가능하게 해주는 것이 JVM이다.
컴파일 순서
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개발자가 자바 소스코드(.java)를 작성한다.
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자바 컴파일러가 자바 소스파일을 컴파일한다. 이때 나오는 파일은 자바 바이트코드(.class)로 아직 컴퓨터가 읽을 수 없는, 자바 가상머신이 이해할 수 있는 코드다.
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컴파일된 바이트 코드를 JVM의 클래스 로더에게 전달한다.
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클래스 로더는 동적로딩(Dynamic Loading)을 통해 필요한 클래스를 로딩, 링크하여 런타임 데이터 영역(Runtime Data Area)인 JVM의 메모리에 바이트 코드들을 올려준다.
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실행엔진은 JVM메모리에 올라온 바이트 코드들을 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행한다. 실행엔진은 두 가지방식으로 변경된다. 하나하나 실행은 빠르지만, 전체적인 실행속도는 느리다는 단점을 가진다.
1) 인터프리터 : 바이트코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 실행한다.
2) JIT(Just in time) 컴파일러 : 인터프리터 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로 바이트 코드 전체를 컴파일-> 바이너리 코드로 변경, 이후에는 해당 메서드를 더이상 인터프리팅하지 않고 바이너리 코드로 직접 실행하는 방식이다.
하나씩 인터프리팅-실행하는 것이 아니라 바이트 코드 전체가 컴파일된 바이너리 코드를 실행하는 것이므로 전체적인 실행속도는 인터프리팅방식보다 빠르다.
클래스 로더의 세부 동작
1) 로드 : 클래스 파일을 가져와서 JVM 메모리에 로드
2) 검증 : 자바언어명세 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어있는지 검사한다.
3) 준비 : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당(필드, 메서드, 인터페이스 등)
4) 분석 : 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경
5) 초기화 : 클래스 내 변수들을 적절한 값으로 초기화
런타임 데이터 영역
JVM이 OS 위에서 실행되면서 할당받는 메모리 영역으로 아래와 같이 생성된다.
스레드마다 하나씩 생성되는 것 : PC레지스터, JVM 스택, 네이티브 메서드 스택
모든 스레드가 공유해서 사용하는 것 : 힙, 메서드 영역
- 힙 영역 : 동적으로 생성된 객체가 저장되는 영역으로, GC의 대상이 되는 공간이다.
- 메서드 영역 : 클래스 정보, 변수정보, static으로 선언한 변수가 저장된다.
- PC 레지스터 : JVM의 명령어 주소를 저장하는 공간
- 네이티브 메서드 스택 : 자바가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간
