[JAVA] JVM, JVM 메모리 구조

JVM (JAVA Virtual Machine)

정의

자바를 실행하기 위한 가상머신
ARM 아키텍쳐 같은 하드웨어는 레지스터 기반으로 동작하는데 비해 JVM은 스택기반으로 동작한다.

역할

• 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어 들여 자바 API와 함께 실행
• JAVA와  OS사이에서 중개자 역할을 수행하여 JAVA가 OS에 구애받지 않고 재사용을 가능하게 만듦
• 메모리관리, Garbage collection을 수행

구조

자바로 작성한 코드는 실행되기까지 크게 세단계를 거친다.

1. 자바 소스코드(.java)가 작성됨
2. 컴파일러가 소스코드(.java)를 바이트 코드(.class)로 변환
3. 클래스 로더가 컴파일된 바이트 코드(.class)를 JVM의 실행 영역에 로드한 뒤 실행

더 구체적인 실행 과정은 접은 글을 참조하자.

1. 프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 이 프로그램이 필요로 하는 메모리를 할당받는다. JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다.
2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어들여 자바 바이트코드(.class)로 변환시킨다.
3. Class Loader를 통해 class파일들을 JVM으로 로딩한다.
4. 로딩된 class파일들은 Execution engine을 통해 해석된다.
5. 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas 에 배치되어 실질적인 수행이 이루어지게 된다. 이러한 실행과정 속에서 JVM은 필요에 따라 Thread Synchronization과 GC같은 관리작업을 수행한다.

 

Java Compiler

Java Source파일을 JVM이 해석할 수 있는 Java Byte Code(.class)로 변경한다. 일반적인 윈도우 프로그램의 경우, Compile 이후 Assembly 언어로 구성된 파일이 생성된다.

Class Loader

JVM내로 클래스(.class)를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다.

Runtime 시에 동적으로 클래스를 로드한다. jar파일 내 저장된 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

클래스를 실행시키는 역할이다. 클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트 코드를 배치시키고, 이것은 실행엔진에 의해 실행된다. 자바 바이트코드는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것이다. 그래서 실행 엔진은 이와 같은 바이트코드를 실제로 JVM내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경한다. 이 때 두 가지 방식을 사용하게 된다.

• 인터프리터
  자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
• JIT
  인터프리터 방식의 단점을 보완하기 위해 도입된 컴파일러.
• Garbage Collector
  (추후 포스팅으로 더 자세히 작성할 예정)

Runtime Data Area

클래스로더와 실행영역 밑에 있는 부분으로, JVM이 OS에게 할당받은 메모리를 저장하는 곳이다.

• PC Register - 각 Thread마다 하나씩 생성
  스레드가 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행할지에 대해 기록하는 부분. 현재 수행 중인 JVM명령의 주소 값이 저장된다.
• JVM Stack Area - 각 Thread마다 하나씩 생성
  프로그램 실행과정에서 임시로 할당되었다가 메소드를 빠져나가면 바로 소명되는 특성의 데이터를 저장하기 위한 영역. 변수, 임시데이터, 쓰레드, 메소드의 정보를 저장한다. LIFO 형식으로 작동하며 메서드가 호출될 때 하나씩 생성되고, 메서드 실행이 완료되면 하나씩 지워진다.
• Native Method Stack - 각 Thread마다 하나씩 생성
  자바 프로그램이 컴파일 되어 생성되는 바이트 코드가 아닌 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역. 다른 언어(C/C++ 등)의 메서드 호출을 위해 할당되는 공간으로, 구역 언어에 맞게 Stack이 형성된다. JAVA Native Interface를 통해 바이트 코드로 전환하여 저장하게 된다.
• Heap Area - 모든 Thread에게 공유
  객체를 저장하는 가상 메모리 공간으로 new 명령어로 생성된 인스턴스와 객체가 저장되는 영역. 세 부분으로 나뉘어지며 공간이 부족해지면 Garbage Collection이 실행된다.
• Method Area - 모든 Thread에게 공유
  클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간. 클래스 정보, 변수 정보, 메소드 정보, static 변수 정보, 상수 정보 등이 저장된다.

 

참고

https://d2.naver.com/helloworld/1230