Java Virtual Machine

• Java 애플리케이션을 OS 독립적으로 실행 가능할 수 있도록 도와준다.
• GC로 자동으로 메모리 관리되기 때문에 안정적이다.

JVM 구성

java compiler

• java source code(.java)는 java compiler(javac)를 거쳐 bytecode(.class)로 변환된다.

Class Loader

• 변경된 class 파일들은 Class Loader가 JVM 메모리 영역인 Runtime Data Area로 Loading 시킨다.

Runtime Data Area

애플리케이션 수행을 위해 OS에서 할당 받은 공간이다.

method area

• Method 영역은 JVM이 시작될 때 생성되는 공간으로 바이트코드가 이 영역에 저장된다.

• 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: class/interface 여부 저장, type의 속성, 전체 이름, super class의 이름 등

• 클래스 데이터를 위한 공간이다.

• 모든 스레드가 공유한다.

heap

• heap 영역은 동적으로 생성된 객체가 저장되는 영역으로 GC의 대상이 되는 공간이다.
• new 연산을 통하여 동적으로 생성된 인스턴스 변수가 저장된다. ex) 클래스의 객체, 배열
• 그렇게 생성된 변수는 해당 객체가 소멸되기 전, GC가 정리하기 전까지는 해당 영역에 남아있다. 쉽게 소멸되는 데이터가 아니다.
• GC의 대상이 되는 공간이다.
• 모든 스레드가 공유한다.

stack

• stack 영역은 지역변수나 메서드의 매개변수, 임시적으로 사용되는 변수, 메서드의 정보가 저장되는 영역이다.
• 지역변수와 매개변수의 특성상 해당 메서드의 호출이 종료되면 이 안에 선언된 변수들은 사라진다.
• 금방 사용되고 끝나는 데이터가 저장되는 공간이다.
• 스레드 마다 독립적인 stack 영역을 가지고 있다.

heap과 stack

public class Location {
    private int x;
    private int y;

    public Location(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}

Location location = new Location(2, 5);

• location는 stack 영역에 저장된다.
• new Location(2, 5)는 인스턴스 변수로 heap 영역에 저장된다.
• reference type의 변수들이 실행될 때 마다 stack 영역에 쌓여서 비효율적이므로 heap 영역에 실제 데이터를 저장하고 그 메모리의 주소를 참조하는 변수를 stack 영역에 저장한다.

PC Register

• CPU Register의 PC를 의미하는 것이 아니다.
• 스레드가 시작될 때 생성되며, 현재 수행중인 JVM의 명령어 주소를 저장하는 공간이다. 스레드가 어떤 명령어로 수행할지를 저장하는 공간이다.

Native Method Stack

• Native Method Stack은 Java가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간이다.
• 즉 JNI(Java Native Interface)를 통해 호출하는 C/C++ 등의 코드를 수행하기 위한 공간
• Java 프로그램이 컴파일되어 생성되는 바이트코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역이다.

Execution Engine

• JVM은 Java 컴파일러가 컴파일한 ByteCode를 ClassLoader를 이용해 Runtime Data Area에 실행 가능한 상태로 적재한다. Execution Engine은 Runtime Data Area에 할당된 바이트코드를 실행하는 역할을 담당한다.
• 바이트코드를 실행시키기 위해서는 바이트코드를 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 바꾸는 작업이 필요한데, interpreter와 jit compiler가 해당 역할을 진행한다.

Interpreter

• 명령어를 한줄한줄 해석하면서 실행한다.
• 한줄씩 수행하기 때문에 느린 실행 속도를 가지고 있는 것이 단점이다.

JIT Compiler

• Interpreter의 단점을 보완하기 위한 방법이다.
• Interpreter 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트코드 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후 직접 실행하는 방식이다.
• 한 번에 전체를 컴파일하기 때문에 Interpreter보다 오래 걸린다. 만약 한 번만 실행되는 코드라면 JIT Compiler를 사용하는 것 보다 Interpreter를 사용하는 것이 유리하다. JIT Compiler는 JVM 내부적으로 해당 메서드가 얼마나 자주 수행되는지 체크하고 특정한 상황을 넘어서면 compile을 진행한다.
• Runtime 시간에 한꺼번에 변경하여 실행한다.

Native Method Interface

• JVM에 의해 실행되는 코드 중 네이티브로 실행하는 것이 있다면 해당 네이티브 코드를 호출하거나 호출될 수 있도록 만든 일종의 프레임워크이다.

Native Method Libraries

• 네이티브 메서드 실행에 필요한 라이브러리이다.

TODO

• [JVM Internal]Java Performance Fundamental 교재를 공유합니다. (opens new window): Java Performace Fundamental의 저자분이 책 내용을 기반으로 ppt를 공유하였다.
• JVM에 관하여 - Part 1, JVM, JRE, JDK (opens new window): jvm의 내부 구조를 그림과 코드로 깔끔히 정리하였다.

References

자바 메모리 구조 뿌시기 [JVM이란?] (opens new window)
#자바가상머신, JVM(Java Virtual Machine)이란 무엇인가? (opens new window)

#Java #jvm