[Java] - JVM Series1 동작 방식과 런타임 데이터 영역(요약 ver)

[Irisation23]

📝 구성

• 0. 핵심 요약 📚
• 1. 자바 가상 머신(JVM)의 동작 방식
• 2. 런타임 데이터 영역(Runtime Data Area) - JVM의 메모리 영역
  • 2.1 Method(Static) Area
  • 2.2 Runtime Constant Pool
  • 2.3 Heap Area
  • 2.4 Stack Area
  • 2.5 PC 레지스터
  • 2.6 Native Method Stack Area
• 3. 회고 🧹

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0. 핵심 요약 📚

• JVM은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어 자바 API와 함께 실행한다.
• JVM 런타임 데이터 영역은 스레드 공유와 단일 스레드 사용에 대해 포커싱해서 확인할 것.
• 사실 해당 정리 문서는 핵심요약 글을 읽는 것 보다 글을 한번 찐득히 읽어야 함.

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1. 자바 가상 머신(JVM)의 동작 방식

자바 가상 머신은 향후 나올 용어에서 JVM이라 명칭하겠음.

JVM은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어 자바 API와 함께 실행한다.

1. 자바 프로그램을 실행하면 JVM은 OS로부터 메모리를 할당받는다.
2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 자바 바이트 코드(.class)로 컴파일 한다.
3. Class Loader는 동적 로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크 하여 Runtime Data Area(실질적인 메모리를 할당 받아 관리하는 영역)에 올린다.
4. Runtime Data Area에 로딩 된 바이트 코드는 Execution Engine을 통해 해석된다.
5. 이 과정에서 Execution Engine에 의해 Garbage Collector의 작동과 Thread 동기화가 이루어진다.

2. 런타임 데이터 영역(Runtime Data Area) - JVM의 메모리 영역

자바 애플리케이션을 실행할 때 사용되는 데이터들을 적재하는 영역이다.

런타임 데이터 영역 아래와 같다.

• Method Area
• Heap Area
• Stack Area
• PC Register
• Native Method Stack

2.1 Method(Static) Area

• JVM에서 읽어들인 클래스와 인터페이스에 대한 런타임 상수 풀, 메서드와 필드, Static 변수, 메서드 바이트 코드 등을 보관
• 사용기간: JVM 시작시 생성되고 프로그램 종료 시까지 명시적으로 null 선언시 GC 대상이 된다.
• 모든 스레드에서 공유된다.

2.2 Runtime Constant Pool

• Method Area 영역에 포함되지만 독자적 중요성을 띈다.
• 클래스 파일 constatnt_pool 테이블에 해당하는 영역
• 클래스 인터페이스 상수, 메서드와 필드에 대한 모든 레퍼런스 저장
• JVM은 런타임 상수 풀을 통해 해당 메서드나 필드의 실제 메모리 주소를 찾아 참조
• 사용기간: JVM 시작시 생성되고 프로그램 종료 시까지 명시적으로 null 선언시 GC 대상이 된다.
• 모든 스레드에서 공유된다.

2.3 Heap Area

• 프로그램 상에서 데이터를 저장하기 위해 런타임 시 동적으로 할당하여 사용하는 메모리 영역 New 연산자를 통해 생성한 객체, 또는 인스턴스와 배열을 저장 JVM이 관리
• 사용기간: 객체가 Unreachable 한 경우나 명시적 null 선언시 GC 대상이 됨.
• 모든 스레드에서 공유

2.4 Stack Area

• 선입후출(FILO) 구조, 메서드 호출 시 생성되는 스레드 수행정보를 기록하는 Frame 저장, 메서드 정보, 지역변수, 매개변수, 연산 중 발생하는 임시 데이터 저장
• 사용기간: 메서드 스코프 종료 {} 와 메서드가 끝날 때
• 각 스레드 별로 생성된다.

2.5 PC 레지스터

• 현재 실행 중인 JVM 주소를 가지고 있다. CPU 명령어 즉 Instruction을 수행한다. CPU instruction 수행하는 동안 필요한 정보를 CPU내 기억장치인 레지스터에 저장
• 사용기간: X
• 각 스레드 별로 생성된다.

2.6 Native Method Stack Area

• 자바 외 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 메모리 C/C++ 등의 코드를 수행하기 위한 스택 native 메서드의 매개변수, 지역변수 등을 바이트코드로 저장
• 사용기간: native interface 호출 시 생성, native interface 종료 시 생성
• 각 스레드 별로 생성된다.

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3. 회고 🧹

2023-03-10 금

• JVM이 하는 역할에서 기본적으로 Heap과 Stack에 집중해서 메모리에 대한 학습을 많이 했었지만, 원초적인 부분의 학습이 필요했다.
• 실제로 JVM이 구성되기 위해서 여러 단계를 걸친다는 것을 인지해야하고, 이를 깊히 학습하기 위한 정리를 이어나가야 한다고 생각한다.
• TL;DR 원칙을 지켜야 하니 해당 글 같은 경우는 링클를 토대로 다음 글로 넘어가는 방식을 취해야 할 것 같다.

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내용 출처

https://inpa.tistory.com/entry/JAVA-%E2%98%95-JVM-%EB%82%B4%EB%B6%80-%EA%B5%AC%EC%A1%B0-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EC%98%81%EC%97%AD-%EC%8B%AC%ED%99%94%ED%8E%B8