java | January 04, 2022

JVM

• 자바 가상 머신
• Java 프로그램을 모든 장치 또는 OS에서 실행할 수 있도록 한다. (”Write once, run anywhere”)
• Java와 OS 사이에서 동작하며, Java가 OS에 영향을 받지 않고 재사용이 가능하도록 한다.
• 메모리 관리(Garbage Collection)를 수행
• 코드를 load, verify, execute 하며, fatal error를 report

How Java works

Java Source code ⇒ (Compiler) ⇒ Java Bytecodes ⇒ (JVM) ⇒ Machine language

• Java 코드는 bytecode로 compile 된다.

  .java 파일을 compile 하면, compiler는 .java 파일에 있는 class의 이름과 동일한 이름을 가진 .class 파일(byte-code 포함)을 생성한다.

• Bytecode로 compile 된 .class 파일은 JVM을 거쳐 machine language로 변환된다.

JVM Architecture

Class Loader

• .class 파일들을 load해서 분석한 뒤에, 실제 메모리 영역(Runtime Data Area)에 배치

Runtime Data Area (Memory)

• Class Loader에서 분석된 class 파일 데이터를 저장하고, 실행 도중에 필요한 데이터를 저장

• 메모리를 효율적으로 관리하기 위해 크게 5개의 영역(Static, Heap, Stack, PC Register, Native Method Stack)으로 구분

  1. Static (Method Area): 가장 먼저 데이터가 저장되며, class loader에 의해 로딩된 class, method, static, global variable 등 저장
  2. Heap: Object allocation이 일어나는 영역

  3. Stacks: 프로그램의 부분적 결과와 local variable 저장

     Thread가 생성될 때마다 JVM stack이 동시에 생성된다.

     Method를 호출하면 호출 프로세스가 완료되는 동시에 새로운 stack frame이 생성되고 소멸된다.

  4. PC Registers: 현재 실행중인 JVM 명령어의 주소를 저장

  5. Native Method Stack: 모든 application에 필요한 모든 기본 method를 포함

     Bytecode가 아닌 기계어로 작성된 코드를 실행하는 공간

     다른 언어로 작성된 코드를 수행하기 위함

Execution Engine

• Runtime Date Area에 배치된 byte code를 해석하며, CPU가 해석 가능한 기계어로 변환하여 실행

• Interpreter 방식(bytecode를 한 줄씩 읽고 해석)과 JIT 컴파일 방식(bytecode를 런타임 시점에 바로 기계어로 변환)을 혼합하여 해석

  Interpreter 방식은 실행 속도가 느리고, JIT compile은 실행 속도는 빠르지만 변환하는 데 비용이 발생

  그래서 interpreter 방식을 사용하다가 일정한 기준이 넘어가면 JIT 컴파일 방식으로 실행

Reference

JVM – Java Virtual Machine Working and Architecture
자바의 구동 원리와 JVM(Java Virtual Machine)