JVM이 뭐하는 녀석이냐? (JDK, JRE, JIT, GC) 간략 정리

목차

1. JVM

2. JRE

3. JDK

4. 자바

5. JVM 언어

6. JVM 구조

7. 클래스 로더

1. JVM(Java Virtual Machine)

• 자바 가상 머신으로 자바 바이트 코드(.class 파일)을 OS에 특화된 코드로 변환(인터프리터와 JIT컴파일러)하여 실행한다.

• 바이트 코드를 실행하는 표준(JVM 자체는 표준)이자 구현체(특정 벤더가 구현한 JVM)다.

• JVM 스팩: https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se17/html/

• JVM 벤더: 오라클, 아마존, Zul, …

• 특정 플랫폼에 종속적.

2. JRE(Java Runtime Environment): JVM + 라이브러리

• 자바 애플리케이션을 실행할 수 있도록 구성된 배포판.

• JVM과 핵심 라이브러리 및 자바 런타임 환경에서 사용하는 프로퍼티 세팅이나 리소스 파일을 가지고 있다.

• 개발 관련 도구는 포함하지 않는다. (그건 JDK에서 제공)

• 아래 그림과 같이 jre 에서는 javac 제공 X.

3. JDK(Java Development Kit): JRE + 개발 툴

• JRE + 개발에 필요할 툴

• 소스 코드를 작성할 때 사용하는 자바 언어는 플랫폼에 독립적.

• 오라클은 자바 11부터는 JDK만 제공하며 JRE를 따로 제공하지 않는다.

4. 자바

• 프로그래밍 언어

• JDK에 들어있는 자바 컴파일러(javac)를 사용하여 바이트코드(.class 파일)로 컴파일 할 수 있다.

• 자바 유료화? 오라클에서 만든 Oracle JDK 11 버전부터 상용으로 사용할 때 유료.

5. JVM 언어

• JVM 기반으로 동작하는 프로그래밍 언어

• 클로저, 그루비, JRuby, Jython, Kotlin, Scala, ...

6. JVM 구조

클래스 로더 시스템

• .class 에서 바이트코드를 읽고 메모리에 저장

• 로딩: 클래스 읽어오는 과정

• 링크: 레퍼런스를 연결하는 과정

• 초기화: static 값들 초기화 및 변수에 할당

메모리

• 메모리 영역에는 클래스 수준의 정보 (클래스 이름, 부모 클래스 이름, 메소드, 변수) 저장. 공유 자원이다.

• 힙 영역에는 객체를 저장. 공유 자원이다.

• 스택 영역에는 쓰레드 마다 런타임 스택을 만들고, 그 안에 메소드 호출을 스택 프레임이라 부르는 블럭으로 쌓는다. 쓰레드 종료하면 런타임 스택도 사라진다.

• PC(Program Counter) 레지스터: 쓰레드 마다 쓰레드 내 현재 실행할 스택 프레임을 가리키는 포인터가 생성된다.

• 네이티브 메소드 스택 : https://javapapers.com/core-java/java-jvm-run-time-data-areas/#Program_Counter_PC_Register

실행 엔진

• 인터프리터: 바이트 코드를 한줄 씩 실행.

• JIT 컴파일러: 인터프리터 효율을 높이기 위해, 인터프리터가 반복되는 코드를 발견하면 JIT 컴파일러로 반복되는 코드를 모두 네이티브 코드로 바꿔둔다. 그 다음부터 인터프리터는 네이티브 코드로 컴파일된 코드를 바로 사용한다.

• GC(Garbage Collector): 더이상 참조되지 않는 객체를 모아서 정리한다.

JNI(Java Native Interface)

• 자바 애플리케이션에서 C, C++, 어셈블리로 작성된 함수를 사용할 수 있는 방법 제공

• Native 키워드를 사용한 메소드 호출

• https://medium.com/@bschlining/a-simple-java-native-interface-jni-example-in-java-andscala-68fdafe76f5f

• 네이티브 메소드 라이브러리
  • C, C++로 작성 된 라이브러리

7. 클래스 로더

• 로딩, 링크, 초기화 순으로 진행된다.

로딩

• 클래스 로더가 .class 파일을 읽고 그 내용에 따라 적절한 바이너리 데이터를 만들고 “메소드” 영역에 저장.

• 이때 메소드 영역에 저장하는 데이터
  • FQCN
  • 클래스 | 인터페이스 | 이늄
  • 메소드와 변수

• 로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 “힙" 영역에 저장.

링크

• Verify, Prepare, Reolve(optional) 세 단계로 나눠져 있다.

• 검증: .class 파일 형식이 유효한지 체크한다.

• Preparation: 클래스 변수(static 변수)와 기본값에 필요한 메모리

• Resolve: 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체한다.

초기화

• Static 변수의 값을 할당한다. (static 블럭이 있다면 이때 실행된다.)

클래스 로더는 계층 구조로 이뤄져 있으면 기본적으로 세가지 클래스 로더가 제공된다.

1. 부트 스트랩 클래스 로더 - JAVA_HOME\lib에 있는 코어 자바 API를 제공한다. 최상위 우선순위를 가진 클래스 로더

2. 플랫폼 클래스로더 - JAVA_HOME\lib\ext 폴더 또는 java.ext.dirs 시스템 변수에 해당하는 위치에 있는 클래스를 읽는다.

3. 애플리케이션 클래스로더 - 애플리케이션 클래스패스(애플리케이션 실행할 때주는 -classpath 옵션 또는 java.class.path 환경 변수의 값에 해당하는 위치)에서 클래스를 읽는다

참고

• 해당 페이지는 더 자바, 코드를 조작하는 다양한 방법을 보고 내용을 정리 하였습니다.