1️⃣ JVM(Java Virtual Machine)이란?
자바 가상 머신 JVM(Java Virtual Machine)은 자바 프로그램 실행환경을 만들어 주는 소프트웨어이다. 자바 코드를 컴파일하여 .class 바이트 코드로 만들면 이 코드가 자바 가상 머신 환경에서 실행된다.
JVM은 자바 실행 환경 JRE(Java Runtime Environment)에 포함되어 있다. 현재 사용하는 컴퓨터의 운영체제에 맞는 자바 실행환경 (JRE)가 설치되어 있다면 자바 가상 머신이 설치되어 있다는 뜻이다.
✅ JVM의 특성
● 스택 기반의 가상머신
● 단일 상속 형태의 객체 지향 프로그래밍을 가상머신 수준에서 구현
● 포인터를 지원하되 C와 같이 주소값을 임의로 조작이 가능한 포인터 연산은 불가능
● 가비지 컬렉션(GC) 사용
● 모든 기본 타입의 정의를 명확히 함으로써 플랫폼 독립성 보장
● 데이터 흐름 분석에 기반한 자바 바이트코드 검증기를 통해 스택 오버플로우, 명령어 피연산자의 타입 규칙 위반, 필드 접근 규칙 위반, 지역 변수의 초기화 전 사용 등 많은 문제를 실행 전에 검증하여 실행 시 안전을 보장하고 별도의 부담을 줄여줌
● 스택에서 가져올 피연산자의 타입을 명령어에 지정
자바 바이트코드❓
자바 컴파일러를 통해 자바 가상 머신이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스 코드를 의미한다. 자바 바이트 코드는 자바 가상 머신만 설치되어 있으면, 어떤 운영체제에서라도 실행 될 수 있다.
OS나 개발환경에 관계없이 명령어 집합을 사용할 수 있다. (자바의 크로스 플랫폼 동작 가능)
IBM의 developerWorks journal
"바이트코드를 이해하고 자바 컴파일러 에 의해 바이트코드가 어떻게 생성될 것인지를 이해하는 것은 C나 C++ 프로그래머가 어셈블리어를 이해하는 것과 같다" 라고 볼 수 있다.
예시 - 자바 코드
outer:
for (int i = 2; i < 1000; i++) {
for (int j = 2; j < i; j++) {
if (i % j == 0)
continue outer;
}
System.out.println (i);
}자바 컴파일러는 위의 자바코드를 아래와 같은 바이트 코드로 번역함.
0: iconst_2
1: istore_1
2: iload_1
3: sipush 1000
6: if_icmpge 44
9: iconst_2
10: istore_2
11: iload_2
12: iload_1
13: if_icmpge 31
16: iload_1
17: iload_2
18: irem
19: ifne 25
22: goto 38
25: iinc 2, 1
28: goto 11
31: getstatic #84; // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
34: iload_1
35: invokevirtual #85; // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
38: iinc 1, 1
41: goto 2
44: return2️⃣ 메모리 구조
응용 프로그램이 실행되면, JVM은 시스템으로부터 프로그램을 수행하는데 필요한 메모리를 할당받고 JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다.
주요 영역 3가지(method area, call stack, heap)은 다음과 같이 스택구조로 되어 있다.
1) 메서드 영역(method area)
프로그램 실행 중 어떤 클래스가 사용되면, JVM은 해당 클래스의 클래스파일(*.class)을 읽어서 분석하여 클래스에 대한 정보(클래스 데이터)를 이곳에 저장한다. 이 때, 그 클래스의 클래스변수(class variable)도 이 영역에 함께 생성된다.
2) 힙(heap)
인스턴스가 생성되는 공간. 프로그램 실행 중 생성되는 인스턴스는 모두 이곳에 생성된다.
즉, 인스턴스변수(instance variable)들이 생성되는 공간이다.
3) 호출스택(call stack 또는 execution stack)
호출스택은 메서드의 작업에 필요한 메모리 공간을 제공한다. 메서드가 호출되면, 호출스택에 호출된 메서드를 위한 메모리가 할당되며, 이 메모리는 메서드가 작업을 수행하는 동안 지역변수(매개변수 포함)들과 연산의 중간결과 등을 저장하는데 사용된다. 그리고, 메서드가 작업을 마치게 되면, 할당되었던 메모리공간은 반환되어 비워진다.
각 메서드를 위한 메모리상의 작업공간은 서로 구별되며, 첫 번째로 호출된 메서드를 위한 작업공간이 호출스택의 맨 밑에 마련되고, 첫 번째 메서드 수행중에 다른 메서드를 호출하게 되면, 첫 번째 메서드의 바로 위에 두 번째로 호출된 메서드를 위한 공간이 마련된다.
이 때 첫 번째 메서드는 수행을 멈추고, 두 번째 메서드가 수행되기 시작한다. 두 번째로 호출된 메서드가 수행을 마치게 되면, 두 번째 메서드를 위해 제공되었던 호출스택의 메모리공간이 반환되며, 첫 번째 메서드는 다시 수행을 계속하게 된다. 첫 번째 메서드가 수행을 마치면, 역시 제공되었던 메모리 공간이 호출스택에서 제거되며 호출스택은 완전히 비워지게 된다.
호출스택의 제일 상위에 위치하는 메서드가 현재 실행 중인 메서드이며, 나머지는 대기상태에 있게 된다.
따라서, 호출스택을 조사해 보면 메서드 간의 호출관계와 현재 수행중인 메서드가 어느 것인지 알 수 있다.
● 호출스택의 특징 정리
- 메서드가 호출되면 수행에 필요한 만큼의 메모리를 스택에 할당받는다.
- 메서드가 수행을 마치고나면 사용했던 메모리를 반환하고 스택에서 제거된다.
- 호출스택의 제일 위에 있는 메서드가 현재 실행 중인 메서드이다.
- 아래에 있는 메서드가 바로 위의 메서드를 호출한 메서드이다.
반환타입(return type)이 있는 메서드는 종료되면서 결과값을 자신을 호출한 메서드(caller)에게 반환한다. 대기상태에 있던 호출한 메서드(caller)는 넘겨받은 반환값으로 수행을 계속 진행하게 된다.
참고자료 -
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