Java 실행 과정, 컴파일러 그리고 메모리 영역에 대하여

박진형·2022년 5월 22일

JIT JVM Java

JAVA

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예전에 간단하게 JVM에 대해서 정리 해봤었는데, 이번에 팀원들과 스터디를 통해 다시 한번 공부를 하면서 복습도 하고 여러가지 새로운 것들을 알게되어 정리하고자 한다.

자바의 실행 과정

.java파일을 자바 컴파일러가 바이트 코드인 .class 파일로 변환 시킨다.
실행 시, 클래스 로더는 바이트 코드로 변환된 클래스들을 로드, 링크하여 JVM에 탑재 시킨다.
실행 엔진은 클래스 로더로 메모리 영역에 탑재된 바이트 코드를 실행한다.
실행 엔진은 내부에서 바이트 코드를 기계어로 변환 시켜 실행을 한다.

인터프리터 & JIT 컴파일러

자바 실행 엔진은 런타임 시점에 인터프리터 방식으로 한 줄씩 바이트 코드를 읽어 실행 시킨다.
한 줄씩 읽는 인터프리터의 특징 때문에 속도가 느리다. 그럼에도 기본 변환 방식을 컴파일 방식을 사용하지 않는 이유는, 컴파일러는 메모리와 CPU 스레드 사용에 대한 비용 때문인데, 실행 시점에서 모든 바이트 코드를 컴파일 하면 오히려 인터프리팅 방식보다 더 느릴 수 있기 때문이다.

이러한 단점을 커버하기 위해 JIT 컴파일러 방식이 도입되었는데, JIT 컴파일러는 런타임 시점에 적절한 때에 바이트 코드를 컴파일 방식으로 기계어로 변환 시킨다. 이러한 방식 덕분에 인터프리터의 느린 속도라는 단점을 커버할 수 있게 되었다.

JIT 컴파일러

JVM은 다음 두가지 카운트를 관리한다.

method entry counter (JVM 내에 있는 메서드가 호출된 횟수)
back-edge loop counter (메서드가 루프를 빠져나오기까지 돈 횟수)

이 카운트가 임계값을 넘었을 경우, JIT 컴파일러가 컴파일해 기계어로 변경된다. 이렇게 기계어로 변경된 후에도 지속적인 카운트를 체크해 일정 임계값을 다시 넘었을 경우 더 높은 수준의 최적화를 실행한다. 이 최적화는 가장 높은 수준의 최적화 단계까지 반복 된다.

실제로 최적화가 이루어지는지 테스트를 해볼 수 있었다.

public class JitTest {
	public static void main(String[] args) {
		final int CHUNK_SIZE = 1000;
		for (int i = 0; i < 500; ++i) {
			long s = System.nanoTime();

			for (int j = 0; j < CHUNK_SIZE; ++j) {
				new Object();
			}

			long e = System.nanoTime();
			System.out.printf("%d\t%d\n", i, e - s);
		}
	}
}