JAVA의 컴파일과정(JVM 메모리 구조, JVM GC)

JAVA의 컴파일과정

https://steady-snail.tistory.com/67

https://sas-study.tistory.com/262

• 자바는 OS에 독립적이다.
  • 그 이유는 JVM이 OS와 프로그램의 사이에서 기계어로 해석해주는 역할을 하기 때문.
  • 어떠한 OS든 JAVA가 설치 되어 있다면 JVM에 의해서 .java코드가 기계어로 해석될 수 있다.개발자가 IDE를 통해 .java파일을 생성한다.

1. Build를 하게되면 Java Compiler(javac)를 통해 .class파일을 생성하게된다.
   • 아직 컴퓨터가 읽을 수 없는 자바 바이트코드.
2. 자바 바이트코드(.class)는 클래스 로더에게 전달된다.
   1. .class 파일 안에 어떤 필드가 몇개 선언돼 있는지, method는 몇 개고, 이름이 뭔지, 바이트 코드까지 포함해
      클래스에 대한 모든 정보가 들어 있다.
3. 클래스 로더는 동적로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 런타임 데이터 영역 즉, JVM 메모리에 올린다.
   1. 런타임 데이터 영역 중 하나인 Method Area에 올라간다.
4. JVM메모리에 올라온 바이트코드는 실행엔진에 의해 기계어로 해석되어 실행된다.
   1. JVM의 목적은 바이트코드를 기계어로 번역해서 CPU에게 일을 시키는 것이다.
   2. 실행엔진에 있는 인터프리터가 수행하게 된다.

런타임 데이터 영역

• JVM은 OS위에서 실행되면서 메모리 영역을 할당 받게되는데 이를 런타임 데이터 영역이라고 한다. 크게 5가지로 세분화 할 수 있다.

출처 :  https://aljjabaegi.tistory.com/387

이 중 PC Register, JVM Stack, Native Method Stack은 스레드 마다 하나씩 생성되고 Heap, Method Aread는 모든 스레드가 공유해서 사용된다. 따라서 멀티쓰레드 프로그래밍을 할 때 동기화에 주의해야하는 영역이다.

• PC Register : PC 레지스터는 현재 수행 중인 명령의 주소를 가지며 스레드가 시작될 떄 생성되며 각 스레드마다 하나씩 존재한다.
• JVM 스택 : 스택 프레임이라는 구조체를 저장하는 스택이다. 예외 발생시 printStackTrace() 메서드로 보여주는 Stack Trace의 각 라인 하나가 스택 프레임을 표현한다. JVM 스택 역시 PC레지스터와 마찬가지로 스레드가 시작될 때 생성되며 각 스레드마다 하나씩 존재한다.
• 네이티브 메서드 스택 : JAVA 외의 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 스택이다. JNI를 통해 호출하는 C/C++ 등의 코드를 수행하기 위한 스택으로, 언어에 맞게 스택이 생성된다.
• 힙 : 인스턴스 또는 객체를 저장하는 공간으로 가비지 컬렉션 대상이다. JVM 성능 등의 이슈에서 가장 많이 언급되는 공간이다. 힙 구성 방식이나 가비지 컬렉션 방법 등은 JVM 벤더들의 재량이다.
• 메서드 영역 : 모든 스레드가 공유하는 영역으로 JVM이 시작될 때 생성된다. JVM이 읽어 들인 각각의 클래스와 인터페이스에 대한 런타임 상수 풀, 필드와 메서드에 대한 정보, Static 변수, 메서드의 바이트 코드 등을 보관한다.
• 런타임 상수 풀 : JVM 동작에서 가장 핵심적인 역할을 수행하는 곳으로 JVM 명세에서도 따로 중요하게 기술한다. 각 클래스와 인터페이스의 상수 뿐만 아니라, 메서드와 필드에 대한 모든 레퍼런스까지 담고 있는 테이블로 어떤 메서드나 필드를 참조할 때 JVM은 런타임 상수 풀을 통해 해당 메서드나 필드의 실제 메모리상 주소를 찾아서 참조한다.

실행 엔진(Excution Engine)

출처 :  https://aljjabaegi.tistory.com/387

• 실행 엔진은 클래스 로더를 통해 런타임 데이터 영역에 배친된 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
• 바이트 코드의 각 명령어는 1바이트 크기의 OpCode와 추가 피연산자로 이루어져 있다.
• 이 수행 과정에서 실행 엔진은 바이트 크드를 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경하는데 다음 두 가지 방식으로 변경한다.
  • 인터프리터 : 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 실행한다. 하나하나 해석은 빠르지만 전체적인 실행 속도는 느리다는 단점이 있다. JVM안에서 바이트코드는 기본적으로 인터프리터 방식으로 동작한다.
  • JIT 컴파일러 : 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로 바이트 코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경하고 이후에는 해당 메서드를 더 이상 인터프리팅 하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식이다. 하나씩 인터프리팅하여 실행하는 것이 아니라 바이트 코드 전체가 컴파일된 네이티브 코드를 실행하는 것이기 때문에 전체적인 실행 속도는 인터프리팅 방식보다 빠르다.