JVM 이란?

Java Virtual Machine 의 줄임말이며 Java Byte Code를 OS에 맞게 해석 해주는 역할을 한다. Java compiler는 .java파일을 .class라는 Java byte code로 변환시켜준다. Byte Code는 기계어가 아니기 때문에 OS에서 바로 실행되지 않는다.. 이 때 JVM은 OS가 Byte Code를 이해할 수 있도록 해석해준다 하지만 JVM의 해석을 거치기 때문에 C언어 같은 네이티브 언어에 비해 속도가 느리지만, JIT(Just in Time)컴파일러를 구현해 이점을 극복했다. Byte Code는 JVM 위에서 OS상관없이 실행되는것이 Java의 가장 큰 장점이라고 할 수 있다. OS에 종속적이지 않고, Java 파일 하나만 만들면 어느 디바이스든 JVM 위에서 실행 할 수 있다. JVM은 크게 Class Loader, Runtime Data Areas, Excution Engine 3가지로 구성 되어 있다.

컴파일 하는 방법

1. 컴파일이란

   소스 프로그램(개발자가 작성하는 프로그래밍 언어) 에서 기계어(컴퓨터가 해석할 수 있는 언어)로 변환하는 과정이다.

   Java에서는 .java 파일을 .class 파일로 변한하는 과정을 의미한다.

2. 컴파일 방법

   • 먼저 JDK가 설치가 되어있어야한다(여러가지 버전이 있다.)

   public class HelloWorld{
   	public static void main(String args[]) {
   		System.out.println("Hello World");
   	}
   }
   

   

   

   

   • .java로 프로그램 소스를 작성했다면 CLI 환경에서 해당 디렉토리로 이동 후 javac <프로그램 소스> 를 입력하면 컴파일이 된다.

3. 실행하는 방법

   • CLI 기준으로 해당 컴파일 된 .class 가 있는 디렉토리 이동후 java <프로그램 소스> // .class 는 제외한다.

     

   • Intellij 나 eclipse 사용하면 run 실행 시 자동으로 컴파일하여 .class 파일을 생성하고 실행된다.

   바이트 코드란 무엇인가

   • 바이트코드란 가상 컴퓨터에서 작동하도록 만든 이진코드이다.
   • 자바 바이트란 JVM이 이해할 수 있는 언어로 변환된 코드이며 명령어의 크기가 1바이트라서 자바 바이트코드라고 불린다. 자바 코드를 배포하는 가장 작은 단위이고 확장자는 .class이다.
   • Java byte code의 명령어는 OpCode와 피연산자(Operand)로 이루어져 있다.
   • 컴파일러 버전과 JVM버전이 다르면 컴파일 된 바이트코드가 실행되지 않을수도 있다. 상위 버전에서 컴파일한 바이트코드는 하위 버전에서 실행하지 못한다. 하지만 컴파일 옵션으로 해결할 수 있다.

   JIT 컴파일러란 무엇이며 어떻게 동작 하는지

   Just In Time. 프로그램을 실제 실행하는 시점에 번역하는 컴파일 기법이다.

   javac의 컴파일과 JIT의 컴파일은 다르다. 자바컴파일러(javac)는 자바 소스코드를 바이트코드로 변환하고 JIT는 변환된 바이트코드를 해석하고 실행한다.

   같은 코드를 매번 해석하지 않고 실행할 때 컴파일 하면서 코드를 캐싱 한다. 사전에 정의된 임계치에서 시작하여 호출될 때마다 감소시키는 방식으로 자주 사용되는 메서드를 찾는다. 자주 사용되는 메서드는 저장해서 해석하지 않고 바로 실행시키는 방식으로 성능을 향상시킨다.

   

   JVM 구성 요소

   Class Loader, Runtime Data Areas, Excution Engine로 구성되어 있다.

   

   1. Class Loader

      • 클래스를 JVM의 메모리에 로드한다. 런타임 영역에서 바이트 코드로 배치한다.
      • 읽어들인 클래스를 검사한다.
      • 클래스에 필요한 메모리를 할당하고, 클래스에서 정의된 필드, 메서드, 인터페이스들을 나타내는 데이터 구조를 준비한다.
      • 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경한다.

   2. Execution Engine

   • 두 가지 방식을 이용하여 데이터 영역에 배치된 바이트 코드를 실행한다. 데이터 영역에서 사용하지 않는 메모리를 해제한다.
     1. interpreter : 바이트코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 실행한다.
     2. JIT compiler : 인터프리터 방식에 캐싱 방식을 더해 빠르게 수행한다.
   • Garbage Collector : 메모리 영역의 메모리를 관리한다.
   3. Runtime Data Area

   

   • 프로그램 수행을 위해 OS에서 할당 받은 공간

   • PC 레지스터, 스택, 네이티브 메서드 스택은 스레드마다 하나씩 생성되고 힙, 메서드 영역은 모든 스레드가 공유해서 사용한다.

     3-1. 힙(Heap)

     프로그램 상에서 데이터를 저장하기 위해 런타임 시 동적으로 할당하여 사용하는 메모리 영역. New 연산자를 통해 생성한 객체, 인스턴스를 저장하는 공간으로, 가비지 컬렉션 대상이다.

     3-2 . 메서드(Method)

     클래스, 인터페이스, 필드, 메서드, Static 변수, 바이트코드 등을 보관한다.

     3-3. PC 레지스터(PC Register)

     현재 수행 중인 JVM 명령의 주소를 갖는다. 어떤 부분을 어떤 명령으로 실행할지를 기록하며 현재 명령과 주소를 저장한다.

     3-4 .스택(Stack)

     메서드 호출 시 생성되는 스레드 수행 정보를 기록한다. 임시 데이터를 저장한다.

     3-5. 네이티브 메서드 스택(Native Method Stack)

     자바 외의 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 스택이다. JNI(Java Native Interface)를 통해 호출하는 코드를 수행하기 위한 스택이다.

   JDK와 JRE의 차이

   • JDK 는 Java Development Kit의 약자로 자바 통합 개발 환경을 의미한다.
   • JRE는 Java Runtime Environment의 약자로 자바 실행 환경을 의미하며 JDK에 속해있다. Java9 이후로는 JDK만 배포한다.

JDK 3-4

메서드 호출 생성되는 스레드 수행 정보를 기록.. 임시 데이터를 저장.