1. RuntimeDataArea
핵심 자바 메모리 구조(JAVA Static, Heap, Stack)
- Static Area(Method Area, Code Area):
- 컴파일로 된 .class 코드(0과 1로 된 2진수 (binary)) 영역 (= 클래스/ 코드 /메서드 영역)
- static 변수/ static 메서드 (=static영역) : class 가 실행되기 전에 미리 메모리가 확보되고 프로그램이 종료될 때까지 메모리공간에 존재한다. → JVM이 실행되면서 생기는 공간, 부하가 크다.
- 프로그램이 실행되면 모든 코드가 저장되어있는 상태가 아니고 new 키워드로 객체가 생성되기 전엔 텍스트 일뿐이다. → 객체 생성 후 메서드를 실행하면 해당 클래스 코드에 대한 정보를 코드 영역에 저장하게 된다(클래스 로드).
- Class 정보, 전역변수 정보, Static 변수 정보가 저장되는 공간이다.
- Runtime Constant Pool 에는 말 그대로 '상수' 정보가 저장되는 공간이다.
- 모든 스레드에서 정보가 공유된다.
- Heap Area:
- 프로그램 실행중 객체의 생명주기에 따라 동적으로 메모리가 할당되는 영역
- new 연산자로 생성된 객체, Array와 같은 동적으로 생성된 데이터가 저장되는 공간
- Heap에 저장된 데이터는 Garbage Collector 가 처리하지 않는한 소멸되지 않는다.
- Reference Type 의 데이터가 저장되는 공간
- 모든 스레드에서 정보가 공유된다.
- Stack Area :
- 메소드 호출 시 생성되는 지역 변수와 매개 변수가 저장되는 영역(잠시 사용되고 필요가 없어지는 영역)→ 메소드 호출이 완료되면 사라짐 , 생명주기가 가장 짧다
- Last In First Out, 나중에 들어온 데이터가 먼저 나간다
- 만약, 지역변수 이지만 Reference Type일 경우에는 Heap 에 저장된 데이터의 주소값을 Stack 에 저장해서 사용하게 된다.
- 스레드마다 하나씩 존재한다.
2. Class Loader
Person.java 파일을 작성한 후 javac 명령어를 통해 컴파일하면 Person.class와 같이 .class 파일이 생성된다. 이 .class 파일은 java 코드를 바이트 코드로 변환한 파일이다. Class Loader는 이렇게 생성된 class 파일들을 엮어 JVM이 운영체제로부터 할당받은 메모리 영역인 Runtime Data Area에 적재하는 역할을 한다.
- 바이트 코드 (.class)를 읽고 메모리에 저장한다.
- 로딩(클래스를 읽어오는)의 과정을 진행한다.
- 런타임 영역 중 메소드 영역에 저장
- FQCN (Fully Qualified Class Name) 기준으로 저장 -> 모든 경로를 포함한 파일
- 클래스, 인터페이스, ENUM
- 메서드와 변수
- 로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 클래스 객체(인스턴스)를 생성하여 런타임 영역 중 Heap에 저장링크 과정을 진행한다.
- 런타임 영역 중 메소드 영역에 저장
- 링크 과정은 Verify -> Prepare -> Resolve(Optional) 과정을 거치게 된다.
- Verify: 바이트 코드(.class) 파일이 유효한 지 체크
- Prepare: 심볼릭 레퍼런스 연결 -> 메서드 영역의 실제 주소로 교체한다.
- 초기화 과정을 진행한다.
- staitc 값들 초기화 및 변수에 할당 작업을 진행한다.
3. Execution Engine
Class Loader에 의해 메모리에 적재된 바이트 코드들을 기계어로 변경하여 실행하는 역할을 한다. Interpreter 방식과 JIT(Just-In-Time) 컴파일러를 이용하는 방식이 있다. Interpreter 방식은 명령어 단위로 바이트 코드를 읽어 실행한다. Interpreter 방식이 한 줄씩 수행하기 때문에 느리다는 단점이 있어 이 단점을 보완하기 위해 JIT 컴파일러 방식이 도입되었다. JIT 컴파일러 방식은 자주 실행되는 바이트 코드들에 대해 전체를 컴파일 하여 네이티브 코드로 변경하는 방식이다. 네이티브 코드는 캐시에 보관되기 때문에 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 수행이 가능하기 때문이다. 하지만 한 줄씩 컴파일하는 Interpreter 방식에 비해 바이트 코드 전체를 컴파일하는 JIT 방식의 속도가 훨씬 느린 탓에 Interpreter 방식과 JIT 방식을 혼용하는 것이 가장 효율적이다.
- 인터프리터: 바이트 코드를 한 줄씩 해석하고 실행한다. 상대적으로 속도가 느리다.
- JIT 컴파일러
- 인터프리터 단점인 속도를 개선한 방식
- 정적 컴파일과 동적 컴파일을 동시에 사용하는 방식
- 인터프리터로 실행하다가 적당한 시점에 전체 컴파일해 네이티브 코드로 변경하고 캐시(저장)하여 이후 동일 메서드는 인터프리터를 하지 않는다.
4. Garbage Collector
Heap 메모리 영역에 생성된 객체들 중 참조되지 않는 객체들을 탐색 후 제거하는 역할을 한다. GC가 수행되는 동안은 GC를 수행하는 쓰레드 외의 모든 쓰레드는 일시정지된다. 특히 Full GC가 발생하면 수 초간 모든 쓰레드가 정지하게 되어 장애로 이어지는 문제가 발생할 수 있다.
5. 자바 코드 실행 원리
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자바의 모든 코드는 클래스 내부에 존재해야 한다.
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자바는 실행전에 static 멤버를 모두 static 메모리 공간에 로드한다.
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자바프로그램을 실행(컴파일된 자바파일 → 클래스파일 .class)하면 main 메소드를 실행하고
- 메인메소드는 반드시 static 메소드로 선언해야한다
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main 메소드가 끝나면 종료된다
public class Ex01 { private static int n2 = 20; public static void main(String[] args) { int n1 = 10; TestClass testClass = new TestClass(); // Heap공간에 메모리가 동적으로 할당됨 int n3 = testClass.getNum(); // TestClass의 메소드 실행결과가 stack공간의 n3에 자장 System.out.println(n1); // main이라는 stack 공간의 n1 System.out.println(n2); // Ex01이라는 클래스의 static 공간의 n2 System.out.println(n3); // main이라는 stack 공간의 n3 } } class TestClass { private int n3 = 30; public int getNum() { return this.n3; } }
일반변수와 참조변수
- 일반변수(Primitive Type)는 컴파일 시점에 데이터 크기를 알 수 있으며 메모리에 값을 저장하고 있다.
- int, double boolean, char ...
- 참조변수(Custom Type) 는 컴파일 시점에는 데이터 크기를 알 수 없기 때문에(런타임시 알 수 있음) 4Byte의 메모리를 할당하고 힙메모리의 주소값을 저장한다.
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Class 자료형
// new 가 되어서 힙에 할당이 될 때 사이즈를 알 수 있다.( 프로그램이 실행 되었을 때 = Runtime ) class MyData { int id = 1; int price = 1000; } public class Ex02 { public static void main(String[] args) { // int num; -> 변수를 선언한다. // int num = 10 -> 변수를 초기화(메모리에 할당)힌다. int num = 10; // 일반변수( 크기가 정해져 있는것 = 컴파일 시점 ) MyData d = new MyData(); // 레퍼런스변수( 크기가 정해져 있지 않는 것 = 런타임 시점 ) System.out.println(num); System.out.println(d.id); System.out.println(d.price); } }
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