면접때 자주 나오는 질문 하나인 JVM 메모리 구조와 가비지 컬렉선에 대해 알아보도록 하자!
우선 JVM의 메모리 구조를 설명하기 위해서는 JVM이 무엇인지 알아야 하고, 자바의 3대 구성요소에 대해 알아야 한다.
자바의 3대 구성 요소
- JDK(Java Development Kit): JRE에서 제공하는 실행 환경과 자바 개발에 필요한 여러가지 명령어와 컴파일러를 포함하는 소프트웨어
- JRE(Java Runtime Enviroment): 자바 소프트웨어를 실행하기 위한 소프트웨어. 클래스 라이브러리, 로더 클래스, JVM을 포함한다.
- JVM(Java Virtual Machine): 자바 바이트 코드를 해석하고 실행하는 가상 머신
자바 바이트 코드란?
사용자 언어인 자바와 기계어 사이의 중간 언어, 자바 코드를 배포하는 작은 .class 파일이다.
이때 자바를 자바 바이트 코드로 바꿔주는 역할을 하는 것을 자바 컴파일러라고 한다.
자바 3대 구성요소에 대해 알아보았으니 본격적으로 JVM에 대해 알아보자.
JVM?
- 자바 바이트 코드를 해석하고 실행하는 가상 머신
- 자바 실행코드를 변경하지 않고도 모든 종류의 OS에서 자바 바이트 코드를 실행할 수 있도록 하는 것 = 플랫폼(OS) 독립적
- 자바 애플리케이션은 JVM에서만 실행된다.
서로 다른 OS라도 자바 가상 머신만 있다면 같은 자바 프로그램이 아무런 조치 없이 동작할 수 있다.
장점
- 개발자는 한 번만 프로그램을 작성하면, 모든 운영체제에서 프로그램을 같이 사용할 수 있다.
단, 자바 프로그램과는 달리 자바 가상 머신(JVM)은 운영체제에 종속적이므로, 각 운영체제에 맞는 자바 가상 머신을 설치해야 한다.
단점
- 자바 프로그램은 일반 프로그램보다 JVM이라는 한 단계를 더 거쳐야 하므로, 상대적으로 실행 속도가 느리다.
JVM의 구성
1. 클래스 로더
2. Execution Engine
3. Runtime Data Area
1. 클래스 로더
- 말 그대로 자바 .class 파일을 JVM으로 로딩해주는 역할을 한다.
- .class 파일을 JVM 내의 Runtime Data Area에 할당해준다.
2. Execution Engine
2-1. 자바 인터프리터
- 자바 컴파일러에 의해 변환된 자바 바이트 코드를 읽고, 해석하는 역할을 한다.
2-2. JIT 컴파일러
- 프로그램을 실제 실행하는 시점에 기계어로 변환해 주는 컴파일러
- 프로그램의 실행 속도를 향상시키기 위해 개발한 컴파일러이다.
최초 JVM이 나왔을 때에는 인터프리터 방식이였기 때문에 느렸지만, JIT 컴파일러를 통해 이 점을 보완하였다.
JVM은 모든 코드를 JIT 컴파일러 방식으로 실행하지 않고, 인터프리터를 사용하다가 일정한 기준이 넘어가면 JIT 컴파일러로 실행한다.
2-3. 가비지 걸렉터
- 더는 사용하지 않는 메모리를 자동으로 회수해주는 역할
- 개발자가 따로 메모리를 관리하지 않아도 된다는 장점이 있다.
가비지 컬렉터에 대한 내용은 조금 이따가 더 자세히 알아보도록 하자.
3. Runtime Data Area
- JVM의 메모리 영역으로 자바 애플리케이션을 실행할 때 사용되는 데이터를 적재하는 영역
- 프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당 받은 메모리 공간
- 해석된 자바 바이트 코드가 이곳에 배치됨
※ JVM의 메모리 구조
1. Method Area (==Static Area==Class Area)
- 모든 스레드가 공유하는 메모리 영역
- 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간
- 클래스, 인터페이스, 메서드, 피드, static 변수 등의 바이트 코드를 보관한다.
자바 프로그램은 main 메서드의 호출부터 계속된 메서드의 호출로 흐름을 이어가기 때문에 사실상 컴파일 된 바이트코드의 대부분이 메서드 바이트 코드이다. 따라서 거의 모든 바이트코드가 Method Area에 올라간다고 봐도 무방하다.
2. Stack Area
- 메서드 호출시마다 각각의 스택 프레임이 생성되고, 메서드 안에서 사용되는 값들을 저장하고 호출된 메서드의 매개변수, 지역변수, 리턴 값 및 연산시 일어나는 값을 임시로 저장한다.
- 메서드 수행이 끝나면 프레임별로 삭제된다.
3. Heap Area
- 객체를 저장하는 가상 메모리 공간
- 모든 스레드가 공유하며, new 키워드로 생성된 객체와 배열을 저장하는 영역 (Method Area에 로드된 클래스만 생성 가능)
- 가비지 컬렉터가 참조되지 않는 메모리를 확인하고 제거하는 곳
4. PC Register
- Thread가 시작될 때 생성되며 Thread마다 각각 하나씩 존재한다.
- Thread가 현재 어떤 부분을 무슨 명령으로 실행해야 할 지에 대한 기록을 하는 부분이다.
- 현재 수행중인 JVM 명령의 주소를 가진다.
5. Native Method Stack
- 자바 외 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 메모리 영역
- 이 부분을 통해 C 코드를 실행시켜 Kernel에 접근할 수 있다.
다음 게시글에서 Heap의 구조와, 가비지 컬렉션에 대해 알아보도록 하자.
출처
http://www.tcpschool.com/java/java_intro_programming
https://velog.io/@minheum/%EC%9E%90%EB%B0%94-%EC%8A%A4%ED%84%B0%EB%94%94-1%EC%A3%BC%EC%B0%A8-JVM
https://d2.naver.com/helloworld/1230
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