JVM 작동 방식 - JVM 아키텍처

JVM(Java Virtual Machine)은 Java 프로그램을 수정 없이 모든 플랫폼에서 실행할 수 있도록 하는 JRE(Java Runtime Environment)의 핵심 구성 요소입니다. JVM은 Java 바이트코드와 Java의 유명한 WORA(Write Once Run Anywhere) 기능을 제공하는 기본 하드웨어 간의 인터프리터 역할을 합니다.

Java 소스(.java) -> javac로 컴파일됨 -> 바이트코드(.class)
JVM은 바이트코드를 로드하고 링크를 확인한 후 실행합니다.
실행에는 바이트코드를 해석하거나 JIT(Just-In-Time) 컴파일을 사용하여 성능을 위해 핫 코드를 기본 기계어 코드로 변환하는 작업이 포함될 수 있습니다.
가비지 수집은 사용하지 않는 객체에서 메모리를 회수하기 위해 백그라운드에서 실행됩니다.

JVM의 아키텍처

아래 이미지는 JVM의 아키텍처와 주요 구성 요소를 보여줍니다.

JVM 아키텍처의 구성 요소

이제 JVM의 각 구성 요소에 대해 자세히 설명하겠습니다.

1. 클래스 로더 서브시스템

크게 3가지 활동을 담당합니다.

1. 로딩

.class 파일을 읽고 메서드 영역에 클래스 메타데이터를 저장합니다.
로드된 클래스를 나타내는 힙에 Class 개체를 만듭니다.

Java

class GFG{    static{    System.out.println('GFG class is loaded by the JVM!');  }  public void display(){    System.out.println('Method of GFG class is executed.');  } } public class Test{  public static void main(String[] args) throws Exception{    System.out.println('Main method started.');  // Loading the class explicitly using Class.forName()  Class.forName('GFG');  System.out.println('Class loaded successfully.');  // Creating object to execute method  GFG obj = new GFG();  obj.display();  } }

산출

Main method started. GFG class is loaded by the JVM! Class loaded successfully. Method of GFG class is executed.

메모: 로드된 모든 항목에 대해 .수업 파일만 하나 클래스의 객체가 생성됩니다.

2. 연결: 실행을 위해 로드된 클래스를 준비하는 일을 담당합니다. 여기에는 세 가지 단계가 포함됩니다.

확인: 바이트코드가 JVM 규칙을 따르고 실행하기에 안전한지 확인합니다.
준비: 정적 변수에 메모리를 할당하고 기본값을 할당합니다.
해결: 기호 참조를 메모리의 직접 참조로 변환합니다.

3. 초기화

정적 변수에 실제 값을 할당합니다.
클래스에 정의된 정적 블록을 실행합니다.

클래스 로더 유형

부트스트랩 클래스 로더: 핵심 Java 클래스(JAVA_HOME/lib)를 로드합니다.
확장 클래스 로더: 확장 디렉토리(JAVA_HOME/jre/lib/ext)에서 클래스를 로드합니다.
시스템/애플리케이션 클래스 로더: 애플리케이션 클래스 경로에서 클래스를 로드합니다.

Java

// Java code to demonstrate Class Loader subsystem public class Geeks  {  public static void main(String[] args)  {  // String class is loaded by bootstrap loader and  // bootstrap loader is not Java object hence null  System.out.println(String.class.getClassLoader());  // Test class is loaded by Application loader  System.out.println(Geeks.class.getClassLoader());  } }

산출

null jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@8bcc55f

2. JVM 메모리 영역

방법 영역: 클래스 이름 상위 클래스 메서드 변수 및 정적 데이터와 같은 클래스 수준 정보를 저장합니다. JVM 전체에서 공유됩니다.
힙 영역: 모든 객체를 저장합니다. JVM 전체에서 공유됩니다.
스택 영역: 각 스레드에는 자체 런타임 스택이 있습니다. 메소드 호출 지역 변수를 스택 프레임에 저장합니다. 스레드가 끝나면 삭제됩니다.
PC 레지스터: 각 스레드에 대해 현재 실행 중인 명령어의 주소를 보유합니다.
네이티브 메서드 스택: 각 스레드에는 기본 메서드 실행을 위한 별도의 스택이 있습니다.

3. 실행 엔진

실행 엔진은 .class(바이트코드)를 실행합니다. 바이트코드를 한 줄씩 읽어 각종 메모리 영역에 존재하는 데이터와 정보를 이용하여 명령어를 실행한다. 이는 세 부분으로 분류될 수 있습니다:

통역사: 바이트코드를 한 줄씩 해석한 다음 실행합니다. 여기서 단점은 하나의 메서드를 여러 번 호출할 때마다 해석이 필요하다는 점입니다.
JIT(Just-In-Time 컴파일러): 통역사의 효율성을 높이기 위해 사용됩니다. 전체 바이트코드를 컴파일하고 네이티브 코드로 변경하므로 인터프리터가 반복적인 메서드 호출을 볼 때마다 JIT는 해당 부분에 대한 직접 네이티브 코드를 제공하므로 재해석이 필요하지 않으므로 효율성이 향상됩니다.
가비지 컬렉터: 참조되지 않은 객체를 파괴합니다. 가비지 수집기에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하세요. 가비지 컬렉터 .

4. 자바 네이티브 인터페이스(JNI)

Native Method Libraries와 상호작용하고, 실행에 필요한 네이티브 라이브러리(C C++)를 제공하는 인터페이스입니다. 이를 통해 JVM은 C/C++ 라이브러리를 호출하고 하드웨어에 특정한 C/C++ 라이브러리에 의해 호출될 수 있습니다.

5. 네이티브 메소드 라이브러리

네이티브 메서드를 실행하는 데 필요한 네이티브 라이브러리 모음입니다. 여기에는 C 및 C++와 같은 언어로 작성된 라이브러리가 포함됩니다.