[Java 기초] JVM은 무엇이며 자바 코드는 어떻게 실행하는 것인가.
Updated:
이번 포스트에서는 자바 소스 파일 $($.java)을 JVM으로 실행하는 과정을 알아보도록 하겠다. 👨🏫
📋 목차
- JVM이란 무엇인가
- 컴파일 하는 방법
- 실행하는 방법
- 바이트코드란 무엇인가
- JIT 컴파일러란 무엇이며 어떻게 동작하는가
- JVM 구성 요소
- JDK와 JRE의 차이
해당 목차는 백기선님의 자바 스터디 1주차 과제에서 가져왔습니다.
JVM이란 무엇인가
“Write once, run anywhere. (한 번 작성하면 어디서든 실행된다.)”
JVM은 Java Virtual Machine의 줄임말로 Java 어플리케이션이 OS에 독립적으로 되는것을 가능하게 한다.
Java 어플리케이션은 JVM하고만 통신하고 JVM이 Java 어플리케이션으로 부터 전달받은 명령을 해당 OS가 이해할 수 있도록 변환하여 OS에 전달한다.
Java로 작성된 프로그램은 JVM 덕분에 OS에 독립적이지만 JVM은 OS에 종속적이어서 OS에 맞는 JVM을 설치해 주어야 한다.
이와 같이 JVM 덕분에 한 번 Java 코드를 작성하고 나면 프로그램의 변경 없이 다양한 OS 어디서든 어플리케이션의 실행이 가능하다.
다만 Java 어플리케이션의 경우 JVM을 한 번 더 거치는 과정이 필요하고 실행 시에 해석$($interpret)되기 때문에 속도가 느리다는 단점을 가지고 있었지만 최근에는 바이트코드 $($컴파일된 자바코드)를 기계어로 바로 변환해주는 JIT컴파일러와 향상된 최적화 기술이 적용되어 속도를 많이 개선시켰다.
컴파일 하는 방법
JDK의 javac 사용
javac hello.c
실행하는 방법
java hello.java
or
java hello
바이트코드란 무엇인가
JVM이 이해할 수 있는 기계어.
컴파일러를 통해 자바 소스파일 $($.java)이 바이트코드 $($.class)로 변환되고 JVM은 바이트코드를 해당 OS의 기계어로 변환하여 OS로 전달한다.
JVM 구성 요소
출처: https://www.guru99.com/java-virtual-machine-jvm.html
1. ClassLoader
JVM에서 ClassLoader는 바이트코드 $($.class 파일)들을 메모리상으로 로드하는 역할을 한다.
class 파일들은 해당 클래스가 실행될때 메모리에 올라가게 된다.
클래스로더는 로딩$($클래스 읽기), 링킹$($레퍼런스 연결), 초기화. 3가지 중요한 기능을 수행한다.
2. Method Area
Method Area에는 클래스의 필드, 메소드 정보, 메소드와 생성자의 바이트코드, 각 클래스, 인터페이스에 관련된 런타임 상수풀이 저장된다.
3. Heap
모든 객체, 연관된 인스턴스 변수, 배열이 힙에 저장된다.
할당된 오직 가비지 컬렉터에 의해서 해제된다.
힙 메모리는 공유 공간이며 여러 쓰레드에 공유된다.
4. Java language Stacks
Java laguage Stacks은 지역 변수를 저장한다. 각각의 쓰레드는 고유의 JVM 스택을 보유하고 있으며 쓰레드가 생성됨과 동시에 JVM도 생성된다.
메소드가 호출되면 새로운 프레임이 생성되고 메소드가 끝나면 삭제된다.
5. PC Registers
PC 레지스터는 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 저장하며 context switch가 발생할때 사용된다. 자바에서 각각의 쓰레드는 고유의 PC 레지스터를 보유한다.
6. Native Method Stacks
자바 이외의 언어로 작성된 코드를 실행할 때, Native Method Stack이 할당된다.
7. Execution Engine
JVM이 컴파일한 바이트코드 $($.class)를 ClassLoader를 통해 메모리에 실행 가능한 상태로 로드해 놓으면 Execution Engine은 메모리에 할당된 바이트코드를 실행하는 역할을 한다.
Execution Engine은 바이트코드를 한 줄씩 읽으며 기계어로 변환하는 작업을 거친다.
Execution Engine의 구성요소에는 Interpreter, JIT, Garbage Collector가 있다.
Interpreter
바이트코드를 한 줄씩 컴파일해서 기계가 이해할 수 있는 Native Code로 변환하는 작업을 한다.
중복되는 바이트코드들을 매번 컴파일하게 되면 Running Time이 길어지고 비효율적이다.
때문에 중복되는 바이트코드는 JIT 컴파일러를 사용한다.
JIT 컴파일러
Interpreter의 성능을 높히기 위해 Interpreter가 반복되는 코드를 발견하면 JIT 컴파일러로 반복되는 코드를 모두 Native Code로 변환한다.
반복된 바이트코드는 이미 Native Code로 바뀌어 있기 때문에 Interpreter가 바로 해석할 수 있게 된다.
Garbage Collector
힙 영역에서 더 이상 참조되지 않는 객체를 삭제한다.
JDK와 JRE의 차이
출처: https://cryptosalamander.tistory.com/4
JDK
JDK $($Java Development Kit)의 약자로, 자바 개발 키트를 의미한다.
JRE를 포함하여 javac 등의 컴파일러, 디버거등을 포함하는 프로그램이다.
JRE
JRE $($Java Runtime Environment)는 자바 실행 환경을 의미한다.
JVM을 동작하는데 필요한 자바 라이브러리를 포함하고 있다.
참조
Java의 정석 $($남궁 성)
whiteship 자바 라이브 스터디
Leave a comment