[Java] Java JVM이란, JVM 구성 (Java Virtual Machine)

JVM이란

JVM은 Java Virtual Machine의 약자이다.

Java는 알겠고, Virtual Machine은 여기서 무엇을 의미할까?

Virtual Machine(가상 머신)은 프로그램의 실행하기 위해 물리적 machine과 유사한 machine을 소프트웨어로 구현한 것이라고 할 수 있다. 

그럼 자바와 가상머신을 합친 통합적인 의미로 정의해 보면 

자바 코드를 실행하고 해당 코드에 대해 런타임 환경을 제공하는 소프트웨어 프로그램에 대한 사양(Specification)이라고 할 수 있다.

 

JVM의 정의는 대충 알겠고, 그럼 다음으로 역할과 특징으로는 어떠한 것들이 있는지 대략적으로 정리해 보자

•  JAVA와  OS사이에서 중개자 역할을 수행하여 JAVA가 OS에 구애받지 않고 재사용을 가능하게 해 준다
• 메모리 관리, Garbage collection 수행
• 클래스 로더를 통해 class파일을 로드해주고,  실행시켜준다
• 스택 기반의 가상 머신
  (ARM 아키텍처 같은 하드웨어는 레지스터 기반으로 동작하는데 비해 JVM은 스택 기반으로 동작)

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JVM 구성

JVM은 크게 3가지 부분으로 나눌 수 있다

• 클래스 로더(Class Loader) - class file 및 libraries를 읽어 들여 클래스 객체를 생성
• 데이터 영역(Runtime data area) - 로딩된 Class를 수행하기 위해 할당받은 메모리 공간
• 실행 엔진(Excecution engine) - 로딩된 Class를 실행

각각의 요소들은 JVM의 중요한 역할을 담당하고, 부연 설명할 부분이 많다.

그러므로 각각의 포스팅을 통해서 자세하게 설명하고, 지금은 간단하게 특징들을 서술하도록 하겠다. 

jvm구성:image출처(https://itkmj.blogspot.com/2018/05/jvm.html)

 

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Class Loader

Class Loader는 자바의 큰 장점 중의 하나로, Compile Time이 아닌 Run Time에 Class를 로딩할 수 있게 해주는 기술

자바는 동적으로 클래스를 읽는다.

런타임 시에 모든 코드가 JVM에 링크, 로딩되는 것이다.

자바의 런타임 라이브러리인 rt.jar 도 마찬가지다.

자바는 기본적으로 java.lang.ClassLoader라는 ClassLoader를 제공

동적으로 클래스를 로딩한다는 것은 JVM은 클래스에 대한 정보(메서드, 필드, 상속관계)를 가지고 있지 않다는 것을 의미 (이러한 정보 역시 동적으로 확인되며 검증) 

클래스 로딩 방식에는 load-time dynamic loading과 run-time dynamic loading이 있다

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데이터 영역

데이터 영역은 크게 다음과 같이 나눠서 살펴볼 수 있다.
(힙, 메서드)는 전체 공유자원으로 분류

(스택, PC, 네이티브 메서드 스택)은 쓰레드 단위의 자원으로 분류

 

메소드 

• 클래스 수준의 정보를 저장
  
• 클래스 이름, 부모 클래스 이름, 메서드, 변수 등
  
• static 변수, 일반 변수 등

힙 - 객체(인스턴스) 수준의 정보를 저장

 

스택 - 인스턴스 및 지역 변수의 참조 주소 들을 저장
         스레드마다 런타임 스택을 만들고, 스택 프레임(메소드 call)을 쌓는다

 

PC - 쓰레드마다 가지고 있는 Program Counter
       현재 실행할 부분을 가리키고 있다

 

네이티브 메서드 스택

• 네이티브(native) 메소드 호출할 때 사용하는 별도의 스택
• 네이티브 메서드는 java 가 아닌 c와 같은 언어(low-level) 로 구현된 메소드
  예시 : Thread.currentThread() 
  public static native Thread currentThread()로 선언

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실행 엔진

실행 엔진은 클래스 로더가 클래스를 로딩하는 작업을 마치면, JVM은 각 클래스에 있는 코드를 실행

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

 

 

참고 블로그 :)

www.itworld.co.kr/news/110837

 

dailyheumsi.tistory.com/196

 

asfirstalways.tistory.com/158   

 

itkmj.blogspot.com/2018/05/jvm.html  

 

https://itmore.tistory.com/entry/자바-로드타임-로딩-및-런타임-로딩-이해하기ClassLoader