JVM
Java Virtual Machine, JVM 이란 Java 프로그램의 실행환경을 제공해주는 소프트웨어다.
Java 소스 코드를 컴파일한 바이트 코드를 모든 운영체제에서 사용할 수 있는데, 이는 JVM 은 Java 와 운영체제 사이의 중개자 역할을 수행하여 Java 가 운영체제에 종속적이지 않도록 도와주기 때문이다.
또한, GC 를 통해 자동으로 메모리 관리를 수행하며 다른 하드웨어와 다르게 레지스터 기반이 아닌 스택 기반으로 동작한다.
JVM 의 구조
JVM 은 ClassLoader ExecutionEngine RuntimeDataArea JNI NativeMethodLibrary 로 구성되어 있다.
Class Loader
ClassLoader 는 런타임 시에 클래스를 동적으로 로드한다. Java 소스 코드를 컴파일한 바이트 코드를 JVM 이 운영체제로부터 할당받은 메모리 영역인 RuntimeDataArea 로 적재하는 역할을 수행한다.
Execution Engine
ExecutionEngine 은 ClassLoader 에 의해 RuntimeDataArea 의 Method Area 에 적재된 바이트 코드를 네이티브 코드로 변경하여 명령어 단위로 실행하는 역할을 수행한다.
Interpreter
바이트 코드를 한 줄마다 컴파일하여 네이티브 코드로 변환하는 작업을 수행한다. 중복되는 바이트 코드에 대해서도 매번 컴파일하는 비효율이 발생하기 때문에 중복되는 바이트 코드를 발견할 경우 JIT Compiler 를 사용한다.
JIT Compiler
Interpreter 의 효율을 높이기 위한 Compiler 로 Interpreter 가 반복되는 코드를 발견하면 JIT Complier 가 반복되는 코드를 네이티브 코드로 변경한 뒤 해당 코드를 캐싱한다. 이후 Interpreter 가 반복되는 코드를 또 발견하게 되면 컴파일된 네이티브 코드를 바로 사용한다.
Garbage Collector
RuntimeDataArea 의 Heap Area 에 사용되지 않는 객체들을 제거하는 작업을 수행한다. GC 가 수행되는 동안 GC 를 수행하는 스레드를 제외한 모든 스레드가 정지된다.
Runtime Data Area
Method Area
클래스 정보, 변수 정보, 메서드 정보, static 변수 Constant Pool 등이 생성되는 영역이다.
Heap Area
new 연산으로 동적으로 생성된 인스턴스와 배열이 생성되는 영역이다. Method Area 에 로드된 클래스만 생성 가능하며 Garbage Collector 가 참조되지 않는 메모리를 확인하고 제거하는 영역이다.
Stack Area
메서드 호출 시 마다 각각의 메서드만을 위한 지역변수, 매개변수 등이 생성되는 영역이다. 실제 인스턴스는 Heap Area 에 할당되고 참조만 Stack 에 저장된다.
Program Counter Register
스레드가 시작될 때 생성되며 현재 수행중인 부분의 주소와 명령을 저장하는 영역이다.
Native Method Stack
Java 가 아닌 다른 언어로 작성된 네이티브 코드를 실행할 때 사용되는 영역이다. 즉, JNI(Java Native Interface) 를 통해 호출한 C/C++ 등의 코드를 수행하기 위한 스택을 의미한다.
JNI
Java 애플리케이션에서 C/C++ 등으로 작성된 함수를 사용할 수 있는 방법을 제공해준다. native 키워드를 통해 메서드를 호출한다. 대표적으로 Thread 의 currentThread() 메서드가 있다.
Native Method Library
C/C++ 로 작성된 라이브러리다. 해당 라이브러리를 사용하기 위해 JNI 가 필요하다.