JVM이란? / JVM의 구조 - 사좋배 공유

Java Virtual Machine 의 줄임말 이며 Java Byte Code를 OS에 맞게 해석 해주는 역할을 합니다.

 

Java compiler는 .java파일을 .class라는 Java Byte code로 변환 시켜 줍니다.

 

Byte Code 는 기계어가 아니기 때문에 OS에서 바로 실행되지 않습니다.

이때 JVM은 OS가 ByteCode를 이해할 수 있도록 해석 해줍니다.

 

하지만 JVM의 해석을 거치기 때문에 c언어 같은 네이티브 언어에 비해 속도가 느렸지만 JIT(Just In Time)컴파일러를 구현해 이점을 극복했습니다. Byte Code는 JVM 위에서 OS상관없이 실행된다. 이런 점이 Java의 가장 큰 장점이라고 할 수 있습니다. OS에 종속적이지 않고 Java 파일 하나만 만들면 어느 디바이스든 JVM위에서 실행 할 수 있습니다. JVM은 크게 Class Loader, Runtime Data Areas, Excution Engine 3가지로 구성되어 있습니다.

 

JVM 흐름

JVM 구조

 

1. Class Loader

자바에서 소스를 작성하면 Person.java 처럼 .java파일이 생성됩니다.

.java 소스를 자바컴파일러가 컴파일 하면 Person.class 같은 .class파일이 생성된다.

이렇게 생성된 클래스파일들을 엮어서 JVM이 운영체제로부터 할당받은 메모리영역인 Runtime Data Area로 적재하는 역학을 Class Loader가 합니다.

 

2.Execution Engine

Class Loader에 의해 메모리에 적재된 클래스(바이트 코드)들을 기계어로 변경해 명령어 단위로 실행하는 역할을 한다.

명령어를 하나 하나 실행하는 인터프리터방식이 있고 JIT컴파이럴러를 이용하는 방식이 있다.

JIT컴파일러는 적절한 시간에 전체 바이트 코드를 네이티브 코드로 변경해서 Execution Engine이 네이티브로 컴파일된 코드를 실횅하는 것으로 성능을 높이는 방식이다.

 

3.Garbage Collector

Garbage Colector(GC)는 Heap메모리 영역에 생성(적재)된 객체들 중에 참조되지 않는 객체들을 탐색 후 제거하는 역할을 한다. GC가 역할을 하는 시간은 정확히 언제인지를 알 수 없다.(참조가 없어지자마자 해제되는 것을 보장하지않음)

또 다른 특징은 GC가 수행되는 동안 GC를 수행하는 쓰레드가 아닌 다른 모든 쓰레드가 일시정지된다.

특히 Full GC가 일어나서 수 초간 모든 쓰레드가 정지한다면 장애로 이어지는 치명적인 문제가 생길 수 있는 것이다.(GC와 관련된 내용은 아래 Heap영역 메모리를 설명할 때 더 자세히 알아본다.)

 

 

Runtime Data Areas

JVM이 프로그램을 수행하기 위해 OS로 부터 별도로 할당 받은 메모리 공간을 말하며, Runtime Data Areas는 크게 5가지 영역으로 나눌수 있습니다.

JVM Runtime Data Area

 

1).Method area(메소드 영역)

클래스 멤버 변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자 정보같은 필드 정보와 메소드의 이름, 리턴 타입, 파라미터, 접근 제어자 정보 같은 메소드 정보,Type정보(Interface인지 class인지), Constant Pool(상수 풀: 문자 상수, 타입, 필드, 객체 참조가 저장됨), static 변수, final class 변수등이 생성되는 영역이다.

 

2). Heap area(힙 영역)

new 키워드로 생성된 객체와 배열이 생성되는 영역이다.

메소드 영역에 로드된 클래스만 생성이 가능하고 Garbage Collector가 참조되지 않는 메모리를 확인하고 제거하는 영역이다.

 

3). Stack Area(스택 영역)

지역 변수, 파라미터, 리턴 값, 연산에 사용되는 임시 값등이 생성되는 영역이다.

int a= 10; 이라는 소스를 작성했다면 정수값이 할당될 수 있는 메모리공간을 a라고 잡아두고 그 메모리 영역에 값이 10이 들어간다.

 

즉, 스택에 메모리에 이름이 a라고 붙여주고 값이 10인 메모리 공간을 만든다.

클래스 Person p= new Person(); 이라는 소스를 작성했다면 Person p 는 스택 영역에 생성되고 new로 생성된 Person클래스의 인스턴스 힙 영역에 생성된다.

 

그리고 스택영역에 생성된 p의 값으로 힙 영역의 주소값을 가지고 있다. 즉, 스택 영역에 생성된 p가 힙 영역에 생성된 객체를 가리키고(참조하고)있는 것이다.

 

메소드 호출할 때마다 개별적으로 스택이 생성된다.

 

4).PC Register(PC 레지스터)

Thread(쓰레드)가 생성될 때마다 생성되는 영역으로 Program Counter 즉, 현재 쓰레드가 실행되는 부분의 주소와 명령을 저장하고 있는 영역이다.(*CPU의 레지스터와 다름)

 

5).Native method stack

자바 외 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 메모리 영역이다.

보통 C/C++ 등의 코드를 수행하기 위한 스택이다.(JNI)

 

쓰레드가 생성되었을 때 기준으로

1,2번인 메소드 영역과 힙 영역을 모든 쓰레드가 공유하고,

3,4,5번인 스택 영역과 PC레지스터, Native method stack은 각각의 쓰레드마다 생성되고 공유되지 않는다.