Java - JVM

Java - JVM 

 

 

자바가상머신 , JVM(Java Virtual Machine)이란 ??

JVM은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어 들여 자바 API와 함께 실행하는 것이다.

JVM은 JAVA와 OS사이의 중개자 역할을 하여 , JAVA가 OS에 의존하지않고 실행될수 있게 한다.(플랫폼에독립적)

그리고 JVM은 메모리관리, Garbage Collection을 수행한다. 

JVM 은 스택 기반의 가상머신이다. (ARM 등은 레지스터기반으로 동작하는데에 반해)

 

 

자바 프로그램 실행 과정

1. 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로 부터 이 프로그램이 필요로 하는 메모리를 할당 받는다. JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다.
2.  자바 컴파일러(javac)가 자바소스(.java)를 읽어들여 자바 바이트코드(.class)로 변환시킨다.
3. Class Loader를 통해 class 파일들을 JVM으로 로딩한다.
4. 로딩된 class파일들은 Excution engin을 통해 해석된다.
5. 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas에 배치되어 실질적인 수행이 이루어지게 된다.
   1. 이러한 실행과정속에서 JVM은 필요에따라 Thread Synchronization과 GC같은 관리작업을 수행한다

 

 

 

 

 

 JVM 구성

Class Loader(클래스로더)

• JVM내로 클래스(.class)파일을 로드하고, 링크를통해 배치하는 작업을 수행한다.
• Runtime시에 동적으로 클래스를 로드
• jar파일 내 저장된 클래스들을 JVM위에 탑재하고 사용하지 않는 클래스들을 메모리에서 삭제한다
• 자바는 동적코드, 컴파일 타임이아니라 런타임에 참조한다.
  • 즉, 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당클래스를 로드하고 링크한다는 뜻

Execution Engine(실행엔진)

• 클래스를 실행시키는 역할을함
• 클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트코드를 배치
• 자바 바이트 코드를 실행
  • 자바 바이트코드란 기계가 바로 실행할수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된형태
  • 실행엔진이 한번더 JVM내부에서 인식할 수 있는 형태로 변환한다.
  • Interpreter
    • 자바 바이트코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 
    • 한줄한줄실행됨
  • JIT(Just In Time)
    • 인터프리터 방식의 단점을 보완하기 위해 도입된 방법
    • 인터프리터 방식으로 실행하다가, 적절한 시점에 바이트코드 전체를 컴파일하여 네이티브코드로 변경하고 그 이후에는 네이티브 코드를 직접 실행
    • 네이티브 코드를 캐시에 보관하게되어 , 인터프리터 방식보다 빠르게실행됨
      • 한번만 실행되는 코드라면 인터프리터 하는게 더 유리하다.
    • JIT 컴파일러는 JVM내부적으로 해당 메소드가 얼마나 자주 수행되는지 체크하고, 일정 정도가 넘을때에만 컴파일을 수행한다.
• Garbage collector
  • GC를 수행하는 모듈(스레드)

Runtime Data Area(실행엔진)

프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간

•  PC Register
  • Thead가 시작될 때 생성되며, 생성될때마다 생성되는 공간으로 스레드마다 하나씩 존재
  • Thread가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행해야 할 지에 대한 기록을 하는 부분
  • 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 갖는다
• JVM STACK
  • 프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메소드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성을 저장하기 위한 영역
  • 각종 형태의 변수나 임시 데이터, 스레드나 메소드의 정보를 저장
  • 기본형타입의 변수나, 참조형타입의 인스턴트의 참조를 저장
  • 메소드 호출시 그 스택 프레임이 생겨 프레임을 벗어나면 바로 소멸
• Native method stack
  • 자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 생성할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역
  • JAVA가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간
  • JAVA Native Interface를 통해 바이트코드로 전환하여 저장하게됨
• Method Area ( == Class Area  == Static Area)
  • 클래스정보를 처음 메모리공간에 할당할때 , 초기화대는 대상을 저장하는 공간
    • 프로그램의 흐름을 구성하는 바이트코드
  • 사실상 컴파일된 바이트코드의 대부분이 이 메소드 바이트코드이기때문에 여기에 할당된다
  • 이공간에는 Runtime Constant Poll이라는 별도의 관리영역도 존재한다
    • 이는 상수형 자료형을 저장하여 참조하고 중복을 막는 역할을 한다.
  • 올라가는 정보의 종류
    • Field Information
      • 멤버 변수의 이름, 데이터타입, 접근제어자에 대한 정보
    • Method Information
      • 메소드의 이름, 리턴타입 ,매개변수, 접근제어자에 대한 정보
    • Type Information
      • class인지 inferface인지의여부 저장 , Type의 속성, 전체이름, super class의 전체이름등

 

Method Area가 클래스 데이터를 위한 공간이라면 , Heap은 객체를 위한 공간 입니다.

Method Area도 Heap과 마찬가지로 GC의 관리대상에 포함된다.

 

• Heap
  • 객체를  저장하는 가상 메모리 공간. 
  • new 로 생성된 객체와 배열등저장
    • Method Area에 올라온 클래스들만 객체로 생성할 수 있다.
  • Heap은 세 부분으로 나눌 수 있다.

 

• Permanent Generation
  • 생성된 객체들의 정보의 주소값이 저장된 공간.
  • class loader에 의해 load되는 Class , Method등에 대한 Meta정보가 저장되는 영역
  • JVM에 의해 사용된다.
  • Refelction을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용 
• New/Yung 영역
  • Eden : 객체들이 최초로 생성되는 공간
  • Survivor 0/1 : Eden이 꽉차면 옮겨지는 공간
• Old 영역
  • New area에서 일정시간 참조되고, 살아남은 객체들이 저장되는 공간