🤔 JVM 이란?

김성길·2023년 3월 27일

Java Virtual Machine, 자바 가상 머신의 줄임말으로, OS에 규약 받지 않고 Java 코드를 컴퓨터가 알아 먹을 수 있도록 컴파일 해주는 역할을 한다.
JVM이 있기에 우리는 리눅스, 윈도우, 맥 다양한 OS 환경에서 java코드를 실행 시킬 수 있는 것이다.

JVM 덕분에 Write Once, Run Anywhere 을 가능하게 한다.

Compile

1) 개발자가 자바 소스 파일(.java)를 작성한다.
2) 자바 컴파일러를 이용하여 자바 소스 파일을 컴파일 한다. 이때 나오는 파일은 바이트 코드로, 아직 JVM이 이해할 수 없다. java 코드와 이진 코드의 중간 지점이라 생각하면 된다.

Runtime

1) 바이트 코드를 클래스 로더에게 전달한다.
2) 클래스 로더는 동적 로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 체크 하여 런타임 데이터 영역(Runtime-DateAreas), 즉 JVM의 메모리에 올린다.
3) 실행 엔진(Excution Engine)은 JVM 메모리에 올라온 바이트 코드들을 JVM 내부에서 실행 할 수 있도록 언어를 변경한다. 변경하는 방법은 두가지가 있다.

인터프리터(Java Interpreter): 자바 바이트 코드들을 한줄씩 읽어서 기계어로 바꿔준다. 한줄씩 기계어로 바꾸는건 빠르지만 전체적인 실행 속도는 느리다는 단점이 있다.
JIT 컴파일러(Just-In-Time Compiler): 인터프리터의 단점을 보완하기 위해서 도입된 방식으로 바이트 코드 전체를 기계어로 바꾸는 방식이다. 그래서 빌드 시에 컴파일러 속도는 더 느리다. 하지만 그 이후에는 더 이상 인터프리팅 하지 않고 캐싱해 기계어로 변경한다. 즉 하나씩 인터프리팅 하는것이 아니라 만들어 둔 실행 파일을 읽기 때문에 실행 속도는 더 빠르다.

JVM 구성 요소

1. class loder

자바는 동적으로 코드들을 읽으므로, JVM이 동작하다가 클래스 파일을 참조하는 순간 동적으로 읽어서 JVM에 링크 된다. 자바 클래스 로더는 동적으로 메모리에 로딩 시켜주는 역할을 한다.

2. Runtime DataAreas

JVM이 프로그램을 실행 시키기 위해 OS로 부터 별도로 할당받은 메모리 공간이다.
크게 5가지로 나뉜다.

PC Register: 스레드가 시작될때 생성되며 스레드마다 하나씩 존재한다. 스레드가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행해야할지에 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행 중인 JVM의 명령의 주소를 나타낸다.
JVM Stack: 프로그램 실행 과정에서 임시로 할당 되었다가 메서드를 빠져 나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 데이터를 저장하기 위한 영역이다. 메서드와 메서드 정보(메서드의 매개변수, 지역변수, 임시변수, 메소드 호출 주소)를 스택에 쌓는다. 메서드를 호출 할 때마다 각각의 스택 프레임(메서드를 위한 공간)이 생성된다. 메서드가 끝나면 프레임 별로 삭제한다.
Native Method Stack: 자바 외의 언어로 작성된 native 코드들을 위한 stack이다. 예로 Java Native Interface를 통해 호출되는 c/c++ 등의 코드를 수행한다. Natice Method를 호출하게 되면 Native Method Stack에 새로운 스택 프레임을 생성하여 푸시 한다. 이는 JVM 내부에 영향을 주지 않기 위함이다.
Method Area: 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화 되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간이다. 모든 쓰레드가 공유하는 메모리 영역이다. 클래스, 인터페이스, 메소드, 필드, static 등의 바이트 코드를 보관한다.
Heap: 프로그램 상에서 동적으로 할당하여 사용하는 영역이다. 클래스를 이용해 객체를 생성하면 힙에 저장된다. 공유 되는 자원이다.