[Java] JVM(Java Virtual Machine)

JVM(Java Virtual Machine)

Java 는 OS에 종속적이지 않다는 특징을 가지고 있다. OS에 종속받지 않고 실행되기 위해선 OS 위에서 Java 를 실행시킬 무언가가 필요하다. 그게 바로 JVM이다.

즉, OS에 종속받지 않고 CPU 가 Java를 인식, 실행할 수 있게 하는 가상 컴퓨터이다.

자바 컴파일 과정

Java 소스코드, 즉 원시코드(*.java)는 CPU가 인식을 하지 못하므로 기계어로 컴파일을 해줘야한다.

하지만 Java는 이 JVM 이라는 가상머신을 거쳐서 OS에 도달하기 때문에 OS가 인식할 수 있는 기계어로 바로 컴파일 되는게 아니라 JVM이 인식할 수 있는 Java bytecode(*.class)로 변환된다.

(Java compiler 가 .java 파일을 .class 라는 Java bytecode로 변환한다)

 

변환된 bytecode는 기계어가 아니기 때문에 OS에서 바로 실행되지 않는다.

이 때, JVM이 OS가 bytecode를 이해할 수 있도록 해석해준다. 따라서 Byte Code는 JVM 위에서 OS 상관없이 실행될 수 있다.

OS에 종속적이지 않고, Java 파일 하나만 만들면 어느 디바이스든 JVM 위에서 실행할 수 있다.

 

바이트 코드(bytecode)

가상 컴퓨터(VM)에서 돌아가는 실행 프로그램을 위한 이진 표현법.

 

자바 바이트 코드(Java bytecode)는 JVM이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스코드를 의미한다.

자바 컴파일러에 의해 변환된 코드의 명령어 크기가 1바이트라서 자바 바이트 코드라고 불리고 있다.

 

바이트 코드는 다시 실시간 번역기 또는 JIT 컴파일러에 의해 바이너리 코드로 변환된다.

바이너리 코드란?
바이너리 코드 또는 이진 코드라고 합니다. (컴퓨터가 인식할 수 있는 0과 1로 구성된 이진코드)

기계어란?
0과 1로 이루어진 바이너리 코드이다.기계어가 이진코드로 이루어졌을 뿐 모든 이진코드가 기계어인 것은 아니다.기계어는 특정한 언어가 아니라 CPU가 이해하는 명령어 집합이며, CPU 제조사마다 기계어가 다를 수 있다.

즉, CPU가 이해하는 언어는 바이너리 코드, 가상 머신이 이해하는 코드는 바이트 코드이다.

 

JIT(just-in-time compliation) 컴파일러

helloworld.naver.com

프로그램을 실제 실행하는 시점에 기계어로 번역하는 컴파일러입니다.

 

전통적인 입장에서 컴퓨터 프로그램을 만드는 방법은 두 가지가 있는데, 인터프리트 방식과 정적 컴파일 방식으로 나눌 수 있습니다. 이 중 인터프리트 방식은 실행 중 프로그래밍 언어를 읽어가면서 해당 기능에 대응하는 기계어 코드를 실행하며, 반면 정적 컴파일은 실행하기 전에 프로그램 코드를 기계어로 번역합니다.

 

JIT 컴파일러는 두 가지의 방식을 혼합한 방식으로 생각할 수 있는데, 실행 시점에서 인터프리트 방식으로 기계어 코드를 생성하면서 그 코드를 캐싱하여, 같은 함수가 여러 번 불릴 때 매번 기계어 코드를 생성하는 것을 방지합니다.

JVM 구성요소

클래스 로더

JVM 내로 클래스 파일(*.class)을 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈이며, 런 타임시 동적으로 클래스를 로드하고 jar 파일 내 저장된 클래스들을 JVM 위에 탑재합니다.
즉, 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크한는 역할을 합니다다.

실행 엔진

클래스 파일이 클래스 로더에 의해서 메모리에 정상적으로 로딩되고, 실행엔진에 의해서 프로그램이 수행합니다.

자바 바이트 코드(*.class)는 기계가 바로 수행할 수 있는 언어보다는 비교적 인간이 보기 편한 형태로 기술된 것입니다. 그래서 실행 엔진은 이와 같은 바이트 코드를 실제로 JVM 내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경합니다.

 

 인터프리터
실행 엔진은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
하지만 한 줄씩 수행하기 때문에 느리다는 단점이 있다.

 JIT(Just-In-Time)
인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체를 컴파일하여 기계어로 변경하고, 이후에는 해당 더 이상 인터프리팅 하지 않고 기계어로 직접 실행하는 방식이다.

가비지 콜렉터

멀티 프로세스 환경에서 다수의 클래스 파일이 수행되면서 힙 메모리에 남아 있는 데이터를 효율적으로 관리(삭제)하는 역할을 합니다.

 

Reference

JIT 컴파일 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

[JAVA] JVM이란? 개념 및 구조 (JDK, JRE, JIT, 가비지 콜렉터...)