JVM(Java Virtual Machine)
Java 의 JVM 에 대해 알아봅니다.
JVM(Java Virtual Machine)
JVM 은 'Java Virtual Machine' 을 줄인 것으로 직역하자면 '자바를 실행하기 위한 가상 컴퓨터' 정도로 이해하면 된다. 자바로 작성된 애플리케이션은 모두 JVM 에서만 실행된다. (Kotlin, Scala 와 같이 JVM 기반의 언어도 동일)
일반 애플리케이션 코드는 OS만 거치고 하드웨어로 전달되는데 비해 Java는 JVM을 한번 더 거쳐서 전달되며 기계어로 완전히 컴파일되지 않고 실행 시에 해석되기 때문에 속도가 느리다는 단점이 있다. 그러나 요즘엔 바이트 코드(JVM이 이해하는 컴파일된 Java 코드)를 하드웨어의 기계어로 바로 변환해주는 JIT 컴파일러와 향상된 최적화 기술이 적용되어서 속도의 격차를 많이 줄였다.
위 그림에서 볼 수 있듯이 일반 애플리케이션의 경우 OS와 바로 맞닿아 있기 때문에 OS 종속적이다. 그래서 OS에 맞게 변경해야 한다. 반면에 Java 는 JVM하고만 상호작용하기 때문에 OS에 독립적이며 변경없이 어디서나 실행 가능하다. 단, JVM은 OS에 종속적이기 때문에 해당 OS에서 실행 가능한 JVM이 필요하다.
그래서 일반적으로 많이 사용되는 주요 OS용 JVM은 이미 제공되고 있으며 이러한 특징으로 Java 의 유명한 슬로건인 "Write once, run anywhere.(한번 작성하면 어디서든 실행된다.)" 가 가능하게 된다.
요약
Java 로 작성된 애플리케이션은 JVM 에서만 실행 가능하다.
JVM 을 거쳐서 하드웨어로 전달되기 때문에 속도가 느리다는 단점이 있다.
JIT 컴파일러와 향상된 최적화 기술이 적용되어 느린 속도를 많이 개선시켰다.
Java 로 작성된 애플리케이션은 JVM 하고만 상호작용하면 되기 때문에 OS 에 독립적일 수 있다.
JVM 은 OS 에 종속적이기 때문에 OS 에 맞는 JVM 이 별도로 필요하다.
JVM 의 동작 방식
JVM의 역할은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어 자바 API와 함께 실행하는 것이다.
자바 프로그램을 실행하면 JVM은 OS로부터 메모리를 할당 받는다.
자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 자바 바이트 코드(.class)로 컴파일 한다.
Class Loader는 동적 로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 Runtime Data Area(실질적인 메모리 관리 영역)에 올린다.
Runtime Data Area에 로딩된 바이트 코드는 Execution Engine을 통해 해석된다.
이 과정에서 Execution Engine에 의해 Garbage Collector의 작동과 Thread 동기화가 이루어진다.
JVM 의 구조
다음은 Class Loader - Runtime Data Area - Execution Engine 부분을 상세화한 그림이다.
클래스 로더 (Class Loader)
실행 엔진 (Execution Engine)
인터프리터 (Interpreter)
JIT 컴파일러 (Just-in-Time)
가비지 콜렉터 (Garbage Collector)
런타임 데이터 영역 (Runtime Data Area)
메소드 영역
힙 영역
PC Register
스택 영역
네이티브 메소드 영역
네이티브 메소드 인터페이스 (JNI - Native Method Interface)
네이티브 메소드 라이브러리 (Native Method Library)
클래스로더 (Class Loader)
클래스로더는 클래스 파일(*.class)을 동적으로 JVM에 로드하고 링크를 통해 메모리 영역에 배치하는 작업을 수행하는 모듈이다.
클래스를 메모리에 올리는 로딩은 한번에 모든 클래스를 올리지 않고 어플리케이션에서 필요한 경우에 호출하여 메모리에 적재한다.
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