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자바 가상 머신 (JVM)

자바 바이트 코드를 기계어로 변환해 실행
JRE(Java Runtime Environment)의 일부

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위 그림처럼 JVM만 설치되어 있다면, 모든 운영체제에서 실행 가능하다
단, 자바 프로그램과 달리 JVM은 운영체제에 종속적이므로 각 운영체제에 맞는 JVM을 설치해야 함

Differences Between JDK, JRE, And JVM

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  • JVM (Java Virtual Machine)
    JRE 내부에서 실행
  • JRE (Java runtime environment)
    클래스 라이브러리, JVM 및 기타 파일들(컴파일러 및 디버거와 같은 개발 도구를 제외한)이 포함되어 있다
    JDK의 subset
  • JDK (Java Development Kit)
    컴파일러, 디버거 등의 개발 도구와 함께 JRE가 포함되어 있다

How JVM Works?

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Compile time env

  • 자바 컴파일러 (Java compiler) = javac
    Java 소스 코드를 JVM이 이해할 수 있는 자바 바이트 코드(.class)로 변환
    자바를 설치하면 javac.exe라는 실행 파일 형태로 설치된다
  • 자바 바이트 코드 (Java bytecode)
    JVM이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스 코드
    자바 컴파일러에 의해 변환된 코드의 명령어 크기가 1바이트라 자바 바이트 코드라 불린다
    확장자는 .class이며, JVM만 설치되어 있다면 어떤 운영체제에서라도 실행될 수 있음

Class Loader

동적으로 클래스를 로딩해주는 역할
자바는 동적으로 클래스를 읽어오므로, 프로그램이 실행중인 런타임에서야 모든 코드가 JVM과 연결됨
Initialization
프로그램의 블록에서 특정 값을 가진 모든 static 변수 할당
Loading
RAM으로 파일 로드
.class파일을 읽고, binary data를 생성하여 메서드 영역에 저장
Linking
메인 프로그램의 서로 다른 파일을 결합하여 verification, preparation, resolution(optional) 수행
  • Bootstrap Class Loader
    Extension Class Loader의 슈퍼 클래스
    rt.jar 파일 로드
  • Extension Class Loader
    $JAVA_HOME/jre/lib/ext에 포함된 jar 파일 로드
  • Application/System Class Loader
    클래스 파일을 클래스 경로에서 로드

JVM Memory area

  • Method Area
    method data, field data, runtime pool, metadate와 같은 각 클래스의 구조 저장
  • Heap
    object 할당이 이루어지는 런타임 영역
  • Stacks
    프로그램의 지역 변수와 partial results 저장
    스레드가 생성될 때마다, JVM stack이 동시에 생성됨
    메서드를 호출할 때, 새로운 프레임을 생성하고 프로세스 완료 호출과 동시에 삭제됨
  • PC Registers
    현재 실행중인 JVM 명령의 주소 저장
  • Native Method Stacks
    모든 애플리케이션에서 필요한 모든 native methods를 포함함.
    Java로 작성되지 않음

Execution Engine

  • 자바 인터프리터 (Java Interpreter)
    자바 컴파일러에 의해 변환된 자바 바이트 코드(.class)를 읽고 해석하는 역할
  • JIT 컴파일러 (Just-In-Time Compiler)
    자바 바이트 코드를 프로그램이 실행중인 런타임에 실제 기계어로 변환해주는 컴파일러
    동적 번역(dynamic translation)이라고도 불리는 이 기법은 프로그램의 실행 속도를 향상시키기 위해 개발됨
  • 가비지 컬렉터 (Garbage collector)
    더는 사용하지 않는 메모리를 자동으로 회수. 개발자가 따로 메모리를 관리하지 않아도 됨

Native Method Interface

C, C++ 등 서로 다른 언어로 작성된 서로 다른 애플리케이션 간의 통신을 돕는 프레임워크
이를 통해 JVM에서 실행 중인 Java 코드가 라이브러리 및 native application 호출할 수 있음

Method Libraries

실행 엔진에 필수적인 Native Libraries(C, C++)의 모음

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