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JVM 이해하기

2020-12-24whiteship-live-study

whiteship/live-study 1주차 정리

1. JAVA, JVM, JDK , JRE

jdk-structure

JVM (Java Virtual Machine)

  • 자바 가상 머신으로 자바 바이트 코드(.class 파일)를 OS에 특화된 코드로 변환(인터프리터와 JIT 컴파일러)하여 실행한다.

    • 자바 실행: java “자바파일명”명
    • 자바 컴파일: javac “자바파일명”

    • 자바 바이트코드 확인: javap -c “클래스파일”

      • 자바 바이트코드 : 자바 가상 머신이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스 코드. 확장자는 .class 를 가지고, 자바 가상 머신만 설치 되어 있으면, 어떤 OS 에서도 실행될 수 있다. java-byte
    • 위의 javac, javap 등은 jre 에는 포함되지 않는다.
  • 바이트 코드를 실행하는 표준(JVM 자체는 표준)이자 구현체(특정 밴더가 구현한 JVM)다.
  • JVM 스팩
  • JVM 밴더: 오라클, 아마존, Azul 등이 있다.
  • JVM 홀로 제공되지 않는다. 최소한의 배포단위는 JRE 이고, 거기에 포함된 것이 JVM 이다.

JRE (Java Runtime Environment): JVM + 라이브러리

  • 자바 애플리케이션을 실행할 수 있도록 구성된 배포판.
  • JVM 과 핵심 라이브러리 및 자바 런타임 환경에서 사용하는 프로퍼티 세팅이나 리소스 파일을 가지고 있다.
  • 개발 관련 도구는 포함하지 않는다. (그건 JDK 에서 제공)

  • 자바 개발툴은 제공되지 않는다.(javac 가 없다!)

    • jre 구성요소 jre
    • jdk 구성요소 jdk

JDK (Java Development Kit): JRE + 개발 툴

  • JRE + 개발에 필요할 툴
  • 소스 코드를 작성할 때 사용하는 자바 언어는 플랫폼에 독립적이다.

  • 오라클은 자바 11부터는 JDK 만 제공하며 JRE 를 따로 제공하지 않는다.

    • java9 부터 module 시스템이 들어와서 필요에 따라 필요한 것들만 JRE 와 같은 형태로 만들 수 있다.
    • module 을 만들어주는 툴로는 jLink 가 있다.

자바

  • 프로그래밍 언어
  • JDK 에 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.

    • openJDK 는 Java SE(Standard Edition) 를 오픈 소스로 구현한 것이기 때문에 Java EE(Enterprise Edition) 에서 지원하던 Servlet 등의 관련 도구가 없다.

JVM 언어

참고

2. JVM 구조

jvm-structure

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

  • 공유 자원

    • 메소드 영역: 클래스 수준의 정보 (클래스 이름, 부모 클래스 이름, 메소드, 변수) 를 저장한다.
    • 힙 영역: 객체(Instance)를 저장한다.

  • 쓰레드 마다 사용하는 자원

    • 스택 영역: 쓰레드 마다 런타임 스택을 만들고, 그 안에 메소드 호출을 스택 프레임이라 부르는 블럭으로 쌓는다. 쓰레드를 종료하면 런타임 스택도 사라진다.
    • PC(Program Counter) 레지스터: 쓰레드 마다 쓰레드 내 현재 실행할 스택 프레임을 가리키는 포인터가 생성된다.

    • 네이티브 메소드 스택

      • 네이티브 메소드: 메소드에 native 키워드가 붙어 있고, 그 구현이 자바가 아닌 C, C++ 등으로 한 것. 예) Thread.currentThread();
      • 네이티브 메소드 라이브러리: 네이티브 메소드의 구현체. 항상 사용은 JNI 를 통해서 사용한다.
  • 자바 메모리 영역 참고 링크

실행 엔진

  • 인터프리터: 바이트 코드를 한줄 씩 컴파일해서 실행.
  • JIT(Just In Time) 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)

네이티브 메소드 라이브러리

  • C, C++로 작성 된 라이브러리

참고

3. 클래스 로더

class-loader

  • 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(Fully Qualified Class Name) : 클래스가 속한 패키지명을 모두 포함한 클래스
      • 클래스 | 인터페이스 | 이늄
      • 메소드와 변수
    • 로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 힙 영역에 저장.

  • 링크

    • Verify, Prepare, Resolve(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.

    • 부트 스트랩 클래스 로더: JAVA_HOME\lib 에 있는 코어 자바 API 를 제공한다. 최상위 우선순위를 가진 클래스 로더
    • 플랫폼 클래스로더: JAVA_HOME\lib\ext 폴더 또는 java.ext.dirs 시스템 변수에 해당하는 위치에 있는 클래스를 읽는다.
    • 애플리케이션 클래스로더: 애플리케이션 클래스패스(애플리케이션 실행할 때 주는 -classpath 옵션 또는 java.class.path 환경 변수의 값에 해당하는 위치)에서 클래스를 읽는다.

참조

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