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[Live Study] 1주차 과제: JVM은 무엇이며 자바 코드는 어떻게 실행하는 것인가.

이 스터디는 백기선님께서 Github유튜브로 진행하시는 스터디 입니다.

참여하시고 싶으신 분은 아래 링크를 참고해 주세요 :)

대부분의 내용은 [O’REILLY] Java in a Nutshell, 7th Edition 에서 참고 하였습니다.

(최대한 직접 해석하면서 읽고 있으며 모르는 단어는 번역기로 찾았습니다.)

학습 목표

자바 소스 파일(.java)을 JVM으로 실행하는 과정 이해하기

JVM이란 무엇인가

  • JVM은 Java Virtual Machine의 약자로 자바 바이트코드를 실행하기 위한 환경을 제공하는 프로그램입니다.
  • 한 번에 하나의 바이트코드 명령을 실행하는 인터프리터를 실행합니다.
  • 자바 소스코드를 바로 실행할 수는 없으며 바이트코드로 컴파일하여 실행할 수 있습니다.
  • 다양한 플랫폼의 실행 환경을 제공하기 때문에 한 번 작성된 자바 어플리케이션은 JVM이 설치되어 있는 환경이라면 코드의 변경 없이 실행이 가능합니다.
  • Garbage Collector(GC)를 통해 메모리 관리를 해주기 때문에 개발자의 부담을 덜어줍니다. (다만, 튜닝이 필요할 수는 있습니다.)

컴파일 하는 방법

컴파일을 하기 위해서는 자바 컴파일러가 필요한데 이 컴파일러는 JDK(Java Development Kit)이 필요합니다.

JDK가 설치되어 있고 만약 HelloWorld.java 라는 자바 소스 파일이 있다면 아래와 같이 컴파일이 가능합니다.

1
$ javac HelloWorld.java

위 명령으로 컴파일을 하면 바이트코드인 HelloWorld.class 이 생성됩니다.

실제 바이트코드의 내용을 보려면 아래의 명령어를 입력하면 됩니다.

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$ javap -c HelloWorld

실행하는 방법

위 예제로 컴파일하여 생성한 바이트코드를 실행하려면 아래와 같이 입력해주세요.

1
$ java HelloWorld

바이트코드란 무엇인가

바이트코드는 하드웨어 프로세서에서 실행되는 기계어와 유사하지는 않으며

컴퓨터의 CPU에서 동작하는 코드라고 생각할 수 있지만 그렇지 않습니다.

자바 프로그램은 JVM에서 실행되기 때문입니다.

바이트코드란 JVM 인터프린터가 이해하고 실행할수 있는 형태를 말합니다.

JIT 컴파일러란 무엇이며 어떻게 동작하는지

JIT(Just-In-Time) 컴파일러는 자바 바이트코드를 프로세서가 이해할 수 있는 기계어로 컴파일하여

자바 어플리케이션의 성능을 향상시킬 수 있는 런타임 환경의 구성요소 입니다.

플랫폼 초기에는 자바 컴파일러(javac)로 컴파일 할 때 최적화된 바이트코드를 많이 만들어냈지만

JIT 컴파일러가 나오면서 중요한 메소드들은 이에 의해 매우 빠른 기계어로 컴파일됩니다.

JIT 컴파일러의 작업을 쉽게 하는 것이 바이트코드를 최적화하는 것 보다 더 큰 이득이 있습니다.

기본적으로 JVM은 한번의 하나의 바이트코드 명령만을 인터프리터로 실행하기 때문에

JIT 컴파일러를 사용하여 미리 플랫폼이 이해할 수 있는 기계어로 컴파일 해놓고 캐싱이 되어

마치 처음부터 그 플랫폼에서 컴파일 된 것처럼 보이기 때문에 성능이 향상 될 수 있습니다.

출처 : https://www.javatpoint.com/jit-in-java

JVM 구성요소

출처 : https://www.alieranotes.com/post/jvm-architecture

클래스 로더 (Class Loader)

클래스 로더는 클래스 파일을 읽고 메소드 영역(Method Area)에 바이트 코드를 저장합니다.

메소드 영역 (Method Area)

메소드 영역에는 .class 파일의 클래스 레벨 정보가 있습니다.

JVM은 모든 클래스들 중에서 공유되는 하나의 메소드 영역만 제공 합니다.

힙 (Heap)

힙은 객체가 할당되는 JVM의 메모리 영역입니다. JVM은 각 클래스 파일에 대한 객체를 생성합니다.

스택 (Stack)

스택은 JVM의 메모리 영역이지만 힙과는 다르게 메소드 파라미터와 같은 임시 변수를 저장하는데 사용합니다.

PC (Program Counter) Register

PC Register는 어떤 명령이 실행되고 어떤 명령이 실행될 것인지 추적을 유지하기 위해 사용 됩니다.

명령은 스레드(Thread)에 의해 실행되기 때문에 각 스레드는 별도의 PC Register를 가지고 있습니다.

JIT Compiler

위의 설명을 읽어주세요~!

GC (Garbage Collection)

GC는 JVM의 메모리 관리를 위해서 사용 됩니다.

새로운 객체들에게 더 많은 메모리를 할당하기 위해 힙에서 참조되지 않는 객체를 파괴 합니다.

네이티브 메소드 스택 (Native Method Stack)

네이티브 메소드 스택은 JVM의 런타임 데이터 영역에 엑세스하는데 사용이 됩니다.

네이티브 메소드 인터페이스 (Native Method Interface)

C, C++로 작성된 네이티브 프로그램 코드를 호출하는데 사용 됩니다.

네이티브 프로그램은 시스템의 하드웨어나 OS에 고유한 Low-level 언어로 개발된 프로그램 입니다.

JDK와 JRE의 차이

출처 : https://www.worldofitech.com/java-programming-jvm-jre-jdk/

JRE (Java Runtime Environment)

JRE는 자바로 개발된 어플리케이션을 실행하기 위한 환경 입니다.

JVM과 자바 클래스 라이브러리를 포함하고 있으며 그 외 자바 어플리케이션을 실행하기 위한 세그먼트를 제공합니다.

JDK (Java Development Kit)

JDK는 자바 어플리케이션을 개발하기 위한 도구를 제공 합니다.

JRE를 포함하고 있으며 개발을 위한 컴파일러, 디버거, JavaDoc 등이 포함 됩니다.

This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.

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