JVM

JVM은 자바의 동작을 이해하기 위해서 필수적인 개념이다. 자바 코드는 바이트코드로 컴파일된 이후 JVM 위에서 동작하기 때문이다. JVM은 크게 5가지 영역으로 구분된다.

Class Loader Subsystem¶

JVM은 런타임 동안 RAM에 위치하며, 클래스 로더를 사용하여 바이트코드(.class)를 메모리에 로드한다. 이것은 자바에서 Dynamic Class Loading라 불리는 기능이다.

런타임 이전에 로드 타임을 수행하는 C/C++ 등의 컴파일 언어와 달리 자바는 런타임시 동적으로 클래스 파일을 로드한다.

Loading¶

클래스들은 BootStrap ClassLoader, Extension ClassLoader 그리고 Application ClassLoader라는 세 가지 클래스 로더를 통해 로드된다.

BootStrap ClassLoader¶

• 모든 클래스 로더의 부모
• 코어 Java 클래스를 로드
  • java.lang.Object, java.lang.String 및 java.lang.Class 등
• BootStrap Class Path
  • $JAVA_HOME/jre/lib
• 네이티브 언어(C, C++)로 구현

Extension ClassLoader¶

• BootStrap ClassLoader에서 로드하지 못한 클래스를 외부 경로에서 로드
• Extension Class Path
  • $JAVA_HOME/jre/lib/ext
  • 또는 지정된 다른 경로

Application ClassLoader¶

• 애플리케이션 레벨의 클래스를 로드
• Application Class Path
  • -cp 또는 -classpath 커맨드라인 옵션으로 지정
• sun.misc.Launcher$AppClassLoader로 구현됨

Linking¶

로드된 클래스나 인터페이스를 검증(Verify)하고 준비(Prepare)하는 과정이다.

Verify¶

• 클래스 파일이 Java 언어의 규칙을 준수하는 지 확인

Prepare¶

• static 필드에 메모리를 할당하고 기본값으로 초기화

Resolve¶

• 심볼릭 참조를 직접 참조로 변경
  • 실제 객체가 위치한 주소를 사용하도록 변경
  • Method Area를 검색하여 수행

Initialization¶

• static 변수를 사용자가 정의한 값으로 초기화

Runtime Data Area¶

JVM 프로그램은 실행 시 5가지 영역으로 구분하여 데이터를 저장한다.

C/C++의 메모리 레이아웃과는 다르게 구분된다.

Method Area¶

• static 변수를 포함한 클래스 레벨의 데이터 저장을 위한 공간
• JVM 내 하나의 Method Area만 존재
  • 모든 쓰레드가 공유하며, 쓰레드 안전하지 않음

Heap Area¶

• 모든 객체와 인스턴스 변수 및 배열를 저장되는 공간
• JVM 내 하나의 Heap Area만 존재
  • 모든 쓰레드가 공유하며, 쓰레드 안전하지 않음

Stack Area¶

• 메서드 호출을 저장하기 위해 사용하는 공간
  • 메소드 호출 발생 시 생성
  • 스택 프레임이라는 단위를 사용
• 메서드가 종료될 때 해제됨
• 쓰레드 별로 각자의 스택 공간을 가짐
  • 따라서 쓰레드 안전

스택 프레임¶

함수 처리에 필요한 정보를 저장하기 위한 단위로, C/C++ 언어 등에서 말하는 Activation Record와 동일한 개념이다.

PC Register¶

• PC(Program Counter)를 저장하기 위한 공간
• 현재 실행중인 명령어의 주소를 담고 있음
• 명령어 실행이 끝나면 다음 주소로 업데이트 됨

Native Method Stack¶

• 네이티브 메서드 정보를 가지고 있음
• 모든 쓰레드는 구분된 Native Method Stack를 생성

Execution Engine¶

Runtime Data Area에 정의된 바이트코드는 실행 엔진으로 실행된다.

Interpreter¶

• 바이트코드를 번역하는 것은 빠르지만 실행은 느림
• 한 메서드가 여러 번 호출되더라도 매번 해석함

JIT Compiler¶

• 인터프리터의 단점을 개선하기 위해 사용
• 반복되는 코드를 네이티브 코드로 변환하여 캐싱하여 성능 개선

Garbage Collector¶

• 참조되지 않는 객체를 찾고 제거

Native Method Interface(JNI)¶

• Execution Engine 실행에 필요한 인터페이스
  • Native Method Library와 연동하여 동작
• JVM은 C/C++ 라이브러리를 통해 하드웨어와 상호작용

Native Method Library¶

• C/C++로 작성된 네이티브 라이브러리

참고문헌¶

• The JVM Architecture Explained
• Understanding JVM Architecture