Java는 대표적인 객체지향 프로그래밍 언어이다.
Java는 백기선님의 유튜브를 통해 공부한다.
목표
자바 소스 파일(.java)을 JVM으로 실행하는 과정 이해하기.
학습할 것
- JVM이란 무엇인가
- 컴파일 하는 방법
- 실행하는 방법
- 바이트코드란 무엇인가
- IT 컴파일러란 무엇이며 어떻게 동작하는지
- JVM 구성 요소
- JDK와 JRE의 차이
- javac 조사
JVM이란?
JAVA Virtual Machine으로서 역할은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 자바 API와 함께 실행하는 것이다.
JVM은 JAVA가 OS에 구애받지 않고 재사용을 가능하게 해준다. 그리고 가장 중요한 메모리관리, Garbage collection을 수행한다.
자바프로그램 실행과정
- 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 필요로 하는 메모리를 할당받는다.
JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다. - 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 -> 자바 바이트코드(.class)로 변환시킨다.
- Class Loader를 통해 class파일들을 JVM으로 로딩한다.
- 로딩된 class파일들은 Execution engine을 통해 해석된다.
- 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas 에 배치되어 실질적인 수행이 이루어지게 된다.
이러한 실행과정 속에서 JVM은 필요에 따라 Thread Synchronization과 GC같은 관리작업을 수행한다.
JVM 구성
- Class Loader(클래스 로더)
- Execution Engine(실행 엔진)
- Runtime Data Area
Class Loader(클래스 로더)
JVM내로 클래스(.class파일)를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다.
- Runtime 시 동적으로 클래스를 로드한다. jar파일 내 클래스들을 JVM위에 탑재하고 사용하지 않는 클래스들은 메모리에서 삭제한다. (컴파일러 역할)
자바는 동적코드, 컴파일 타임이 아니라 런타임에 참조한다. 즉, 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크한다는 것이다. 그 역할을 클래스 로더가 수행한다.
Execution Engine(실행 엔진)
클래스를 실행시키는 역할이다.
- 클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트코드를 배치시키고, 실행엔진에 의해 실행된다.
바이트코드를 실제로 JVM내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다. 이 때 두 가지 방식을 사용하게 된다.
Interpreter(인터프리터)
실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
하지만 이 방식은 인터프리터 언어의 단점을 그대로 갖고 있다.
한 줄 씩 수행하기 때문에 느리다는 것이다.JIT(Just - In - Time)
인터프리터 방식으로 실행하다가 반복적인 바이트코드 전체를 컴파일해 네이티브 코드로 변경하고,
이후에는 인터프리팅 하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식이다. 네이티브 코드는 캐시에 보관하기 때문에 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 수행하게 된다.
단, JIT컴파일러가 컴파일하는 과정은 훨씬 오래걸려 한 번만 실행되는 코드라면 컴파일하지 않고 인터프리팅하는 것이 유리하다.
- Garbage collector
GC를 수행하는 모듈 (쓰레드)이 있다.
Runtime Data Area
Runtime Data Area 구조
Method Area
-필드 정보(클래스 멤버 변수명, 데이터 타입, 접근 제어자 정보)
-메소드 정보(메소드명, 리턴 타입, 접근 제어자 정보)
-Type 정보(Interface인지 Class인지)
-Constant Pool(상수 풀: 문자 상수, 타입, 필드, 객체 참조 저장)
-static 변수 -inal 클래스 변수 등Native Method Stack 자바외 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 메모리 영역이다 보통 C/C++등의 코드를 수행하기 위한 스택이다 (JNI)
Stack Area
지역변수, 파라미터, 리턴 값, 연산에 사용되는 임시값 등을 저장
int a = 10 을 예로 들면 정수값이 할당될 수 있는 메모리 공간을 a라고 잡아두고 그 메모리 영역에 10을 넣는다.
클래스 A a = new A()의 경우 A a는 스택영역에 저장되고 new로 생성된 A클래스의 인스턴스는 Heap영역에 생성된다.
또한 스택영역에 생성된 a는 힙영역의 주소값을 가지고 있다. 즉 a가 heap영역에 생성된 객체를 가리키며 참조하고 있다.
메소드 호출시마다 개별적으로 스택이 생성된다.PC Register
Thread가 생성될 때마다 생성되는 영역으로 Program Counter 즉, 현재 쓰레드가 실행되는 부분의 주소와 명령을 저장하고
있는 영역이다. 이것을 이용해 쓰레드를 돌아가면서 수행한다Heap Area
객체를 저장하는 가상 메모리 공간이다. new연산자로 생성된 객체와 배열을 저장한다.
물론 class area영역에 올라온 클래스들만 객체로 생성할 수 있다.
힙은 Permanent Generation, New/Young 영역, Old 영역 세 부분으로 나눌 수 있다.![힙]()
Heap Area 구조
Heap구조
Permanent Generation
생성된 객체들의 정보의 주소값이 저장된 공간이다. 클래스로더에 의해 로드되는 Class, Method 등에 대한 Meta 정보가 저장되는 영역이고 JVM에 의해 사용된다. Reflection을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용된다. 내부적으로 Reflection 기능을 자주 사용하는 Spring Framework를 이용할 경우 이영역에 대한 고려가 필요하다.New/Young 영역
- Eden : 객체들이 최초로 생성되는 공간
- Survivor 0 / 1 : Eden에서 참조되는 객체들이 저장되는 공간
Old 영역
New area에서 일정 시간 참조되고 있는, 살아남은 객체들이 저장되는 공간 Eden영역에 객체가 가득차게 되면 첫번째 GC(minor GC)가 발생한다. Eden영역에 있는 값들을 Survivor 1 영역에 복사하고 이 영역을 제외한 나머지 영역의 객체를 삭제한다. 인스턴스는 소멸 방법과 시점이 지역 변수와는 다르기에 힙이라는 별도의 영역에 할당된다. 자바 가상 머신은 매우 합리적으로 인스턴스를 소멸시킨다. 더이상 인스턴스의 존재 이유가 없을 때 소멸시킨다.
JDK와 JRE의 차이점
JRE : Java Runtime Environment, 자바 실행 환경
-> JVM, Java API
자바 애플리케이션을 실행하기 위한 최소의 실행 환경 제공.
JDK : Java Development Kit, 자바 개발 도구
-> JVM, Java API, Java Tool, Java Compiler
JRE에서 제공하는 실행 환경뿐만 아니라 자바 개발에 필요한 여러 가지 명령어 그리고 컴파일러를 포함. (자바 App 메모리상태 알아보는 명령어, 배포 명령어)
JRE와 JDK
출처:
https://jusungpark.tistory.com/13
https://asfirstalways.tistory.com/158
https://velog.io/@hono2030/JVM%EC%9D%98-%EA%B5%AC%EC%A1%B0