JVM(Java Virtural Machine)
자바 가상 머신
JVM?
JVM이란 Java Virtual Machine으로 자바 가상 머신의 약자이다. JVM의 역활은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어 들여 자바 API와 함께 실행하는 것이다. JVM은 JAVA와 OS 사이의 중개자 역활을 수행하여 JAVA가 OS에 구애받지 않고 재사용을 가능하게 해주고 메모리관리, Garbage Collection 등을 수행한다. 그리고 JVM은 스택기반의 가상머신이다. 한정된 메모리를 효율적으로 사용하기위해 알아야 될 필요가 있다.
*Garbage Collection은 메모리 관리 기법 중 하나로 메모리 영역 중에서 필요없게 된 영역을 해제하는 기능
자바 실행과정
- 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 이 프로그램이 필요로 하는 메모리를 할당받는다. JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다.
- 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어들여 자바 바이트코드(.class)로 변환
- Class Loader를 통해 class파일들을 JVM으로 로딩
- 로딩된 class파일들은 Execution engine을 통해 해석
- 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas에 배치되어 실질적인 수행이 이루어짐.
이러한 실행과정에서 JVM은 필요에 따라 Thread Synchronization과 GC같은 관리작업 수행
JVM 구성
Class Loader(클래스 로더)
JVM내로 클래스를 로드하고 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이며 런타임에 동적으로 클래스를 로드
Execution Engine(실행 엔진)
클래스 로더가 JVM내의 Runtime Data Area에 바이트 코드를 배치시키고, 이 때 실행엔진에 의해 실행된다. 자바 바이트 코드는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술되어 있기 떄문에 JVM내부 에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경되는데, 이 때 Interpreter방식과 JIT방식이 있다.
Interpreter(인터프리터)
실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다. 한 줄씩 수행하기 떄문에 느리다.
JIT(Just - In - Time)
인터프리터 방식의 단점을 보완하기 위해 도입된 JIT 컴파일러. 인터프리터 방식으로 실행하다 적절한 시점에 바이트코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경하고, 이후에는 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식이다. 네이티브 코드는 캐시에 보관하기 때문에 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 수행한다. 그러나 JIT 컴파일러가 컴파일하는 과정을 바이트코드를 인터프리팅하는 과정보다 오래걸리므로 한 번만 실행되는 코드라면 인터프리팅하는 것이 유리하다.
Garbage Collector
JVM은 Garbage Collector를 통해 메모리관리 기능을 자동으로 수행. 사용되지 않는 객체를 해제하는 방식으로 메모리를 자동 관리한다.
Runtime Data Area
프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간
PC Register
Thread가 시작될 때 생성되며, Thread가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행해야할 지에 대한 기록을 하는 부분으로 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 갖는다
JVM Stack
프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메소드를 빠져나가면 바로 소멸되는 특성의 데이터를 저장하기 위한 영역. 각종 형태의 변수나 임시 데이터, 스레드나 메소드의 정보를 저장한다. 메소드 호출 시마다 각각의 스택프레임(그 메서드만을 위한 공간)이 생성되고 끝나면 프레임 별로 삭제를 한다.
Native Method Stack
자바 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역. Java Native Interface를 통해 바이트 코드로 전환되어 저장하게 된다.
Method Area (= Class area, Static area)
클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간. 이 공간에는 Runtime Constant Pool이라는 별도의 관리 영역도 함께 존재한다. 이는 상수 자료형을 저장하여 참조하고 중복을 막는 역활을 수행한다.
올라가는 정보의 종류
- Field Information: 멤버변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자에 대한 정보
- Method Information: 메소드의 이름, 리턴타입, 매개변수, 접근 제어자에 대한 정보
- Type Information: class인지 interface인지 여부, 전체 이름, super class의 전체 이름
Method Area는 클래스 데이터를 위한 공간이라면 Heap영역이 객체를 위한 공간. Heap과 마찬가지로 GC의 관리 대상에 포함된다.
Heap(힙 영역)
객체를 저장하는 가상 메모리 공간. new 연산자로 생성된 객체와 배열을 저장한다.
New/Young Generation
자바 객체가 생성되자마자 저장되고, 생긴지 얼마 안되는 객체가 저장되는 공간. 시간이 지나 우선순위가 낮아지면 Old영역으로 옮겨진다.
Tenured(Old) Generation
Young Generation 영역에서 저장되었던 객체 중에서 오래된 객체가 이동되어 저장되는 영역
Permanent Generation
- Permanent Generation(Java 7이전): 생성된 객체들의 정보의 주소값이 저장되는 공간. 클래스 로더에 의해 로드되는 클래스, 메소드 등에 대한 메타 정보가 저장되는 영역으로 JVM에 의해 사용된다. Reflection을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용된다. Reflection 기능을 자주 사용하는 Spring Framework를 이용할 경우 이 영역에 대한 고려가 필요하다. 런타임시 사이즈를 조절할 수 없다.
- Metaspace(Java 8 이후): Permanent Generation이 Metaspace로 변경 되었다. 기능은 비슷하지만, 주요 차이점으로 동적으로 사이즈를 바꿀 수 있다.
참고
*틀린 부분이 있으면 언제든지 말씀해 주시면 공부해서 수정하겠습니다.
