자바의 가상기계 JVM

JVM 이란?

운영체제의 메모리 영역에 접근하여 메모리를 관리하는 프로그램을 이야기하며, JVM의 역할을 제대로 이해하기 위해서는 프로세스와 컴파일 과정에 대해서 부터 알아야합니다.

프로세스와 컴파일 과정

• 프로세스란 프로그램으로 부터 인스턴스화 된 것을 이야기합니다. 여기서 프로그램은 구글의 크롬(Chrome.exe)과 같은 실행파일을 이야기 하는 것이며, 이를 더블클릭하면 구글 크롬 프로세스가 시작되는 것입니다.

• 자바의 컴파일과정은 위와 같습니다.
  

1. 개발자가 자바 소스코드(.java)를 작성한다.
2. 자바 컴파일러가 자바 소스코드 파일을 읽어 바이트코드(.class)코드로 컴파일 한다. 바이트코드 파일은 아직 컴퓨터가 읽을 수 없는 JVM(자바 가상 머신)이 읽을 수 있는 코드 이다. 바이트 코드의 각 명령어는 1바이트 크기의 Opcode와 추가 피연산자로 이루어져 있다.
3. 컴파일 된 바이트코드(.class)를 JVM의 클래스 로더에 전달한다.
4. 클래스 로더는 동적로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 런타임 데이터 영역, 즉 JVM의 메모리에 올린다.
   • 클래스 로더 세부 동작
     1. 로드 : 클래스 파일을 가져와서 JVM의 메모리에 로드
     2. 검증 : 자바 언어 명세(Java Language Specification) 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어 있는지 검사한다.
     3. 준비 : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당한다. (필드, 메서드, 인터페이스 등등)
     4. 분석 : 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경한다.
     5. 초기화 : 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화한다. (static 필드)
5. 실행 엔진은 JVM 메모리에 올라온 바이트 코드들을 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행한다. 이때, 실행 엔진은 두 가지 방식으로 작동한다.
   1. 인터프리터 : 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 실행한다. 하나하나 실행은 빠르나, 전체적인 실행 속도가 느리다는 단점이 있다.
   2. JIT 컴파일러 : 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로 바이트 코드 전체를 컴파일하여 바이너리 코드로 변경하고 이후에는 해당 메서드를 더이상 인터프리팅 하지 않고, 바이너리 코드로 직접 실행한다. 바이트 코드 전체가 컴파일 된 바이너리 코드를 실행하는 것이므로 전체적인 실행속도가 인터프리터보다 빠르다.

여기서 JVM의 역할은?

• 바이트 코드로 변환된 코드를 클래스 로더가 JVM의 메모리에 올리면 JVM의 실행 엔진인 인터프리터나 JIT컴파일러가 해석하고 실행하는 역할을 합니다.
• 즉 JVM의 목적은 프로그램을 실행시키는 것이므로 자바 프로그램이 어느 기기나 운영체제 상에서도 실행될 수 있도록 하고 프로그램 메모리를 관리하고 최적화 하는 역할을 합니다.