TIL - JVM(Java Virtual Machine)

 

👀Today...

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시작하기전에 웃고 싶어서 웃긴짤 찾다가 가져왔는데 아진짜 카페에서 소리내서 웃었다ㅋㅋㅋ 취향저격 개그

 

☕오늘의 TIL(Today I Learn)

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JVM

JVM은 자바 프로그램을 실행시키는 도구이다. .java 코드를 컴파일 하여 .class 바이트 코드로 만들면 이코드가 JVM환경에서 실행된다. JVM은 JRE(Java Runtime Environment)에 포함되어있다.  즉, 자바로 작성한 소스코드를 해석하여 실행하는 별도의 프로그램이다. 

자바는 "운영체제로 부터 독립적"이라고 말하는데 이것이 JVM을 통해 구현되는것이다. 하나의 바이트코드로 모든 플랫폼에서 동작이 가능해진다. 즉, 위 그림에서 볼수있듯이 자바는 플랫폼에는 종속적이지 않지만, JVM은 플랫폼에 종속적이다. 리눅스의 JVM과 윈도우의 JVM은 다르고 자바를 실행하기 위해서는 반드시 JVM이 설치되어있어야 한다.

바이트 코드 : 인간친화적 JAVA코드 => 컴퓨터가 해석하는 기계어의 중간 단계

 

 

JVM의 구조

지금까지 버튼만 누르면 자동으로 진행되던 자바코드의 실행순서를 간단하게 알아보자!

1. 자바 소스코드 작성(.java) 후에 실행

2. 컴파일러가 실행되어 컴파일을 진행

3. 컴파일의 결과로 자바코드(.java) => 바이트코드(.class) 파일로 변환

4. JVM이 운영체제로 부터 소스코드 실행에 필요한 메모리를 할당받음(Runtime Data Area)

5. 클래스로더가 바이트 코드파일을 JVM의 Runtime Data Area에 적재(소스코드를 메모리에 로드)

6. 로드가 완료되면 실행엔진(Excution Engine)이 Runtime Data Area에 적재된 바이트코드를 실행

7. 인터프리터를 통해 코드를 한줄씩 기계어로 번역하여 실행시킴

8. 특정 바이트코드가 자주 실행될시에 JIT Compiler(Just-In-Time)를 통해 바이트코드 전체를 기계어로 번역하고 실행

[ref. JVM]

 

# JIT 컴파일러

출처 : 코딩팩토리

JIT 컴파일러는 같은 코드를 매번 해석하지 않고, 실행할 때 컴파일을 하면서 해당 코드를 캐싱해버린다. 이후에 바뀐 부분만 컴파일하고, 나머지는 캐싱된 코드를 사용하여 컴파일한다. 이렇게 JIT 컴파일러는 운영체제에 맞게 바이트 실행 코드로 한 번에 변환하여 실행하기 때문에 인터프리터 방식보다 성능이 10배 ~ 20배 정도 더 높다.

 

 

JVM메모리 구조

# Stack Area / Heap Area

메서드가 호출되면 메서드를 위한 공간인 Method Frame이 생성된다, 이때 메서드 내부에 사용되는 참조변수, 매개변수, 지역변수, 리턴값, 연산시 일어나는 값들이 임시로 저장된다. 이러한 Method Frame이 Stack에 호출되는 순서대로 쌓이고 동작완료시에 역순으로 제거된다. 

 

JVM안에는 단 하나의 Heap area가 존재한다. JVM이 동작하면 이영역은 자동적으로 생성되며, 객체, 인스턴스 변수, 배열 등을 저장한다. 예를들어

Fruit apple = new Fruit();

new Fruit()가 실행되면 Heap영역에 인스턴스가 생성되고, 인스턴스가 생성된 주소값을 apple에 할당해준다. 이때 apple이 Stack에 선언된 변수이고, 객체를 접근하면 Stack에 저장된 참조변수를 통해서 Heap영역에 존재하는 객체를 다루는 것이다. 이러한 Heap영역은 실제 객체의 값이 저장되는 공간이다.

 

 

Garbage Collection

가비지 컬렉션은 GC라고 줄여서도 부르며, JVM의 Heap 영역에서 동적으로 할당했던 메모리 영역중 필요 없게된 메모리 영역(Unreachable) 을 주기적으로 삭제하는 프로세스이다. C나 C++의 경우에 개발자가 수동으로 메모리를 할당하고 해제해줘야 하지만, 자바에서는 메모리 관리를 자동적으로 해주기 때문에, 메모리 누수등의 문제에 대해 크게 관여하지 않아도 된다.

 

# GC의 단점

1. 메모리의 해제 시점(GC의 동작 시점)을 정확하게 알수없다.

2. GC가 동작하는 동안 다른 동작을 멈추기 때문에 오버헤드가 발생한다.

 

# GC의 동작방식

GC는 Heap에 할당했던 메모리를 주기적으로 삭제해준다고 했다. Heap의 영역을 객체가 생성되고 살아있는 기간에 따라서 Young과 Old 영역으로 나눈다.

먼저, Young 영역에는 새롭게 생성된 객체가 할당되고, 여기에 많은 객체가 생성되고 사라지는 것을 반복한다. 이곳에서 활동하는 가비지 컬렉터를 Minor GC라고 부른다.

그리고 Old영역은 Young영역에서 상태를 유지하고 살아남은 객체들이 복사되는 곳이다. 이곳은 Young영역보다 크게 할당되고, 크기가 큰 만큼 GC는 적게 발생한다. 이곳에서 활동하는 가비지컬렉터를 Major GC라고 부른다. 

[ref. GC]

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