🧐 JVM, JRE, JDK, GC, JAVA 실행과정, etc...

JAVA의 메모리 영역 <메소드/스택/힙>

• 메소드 : 바이트 코드, 전역변수, static변수
• 스택 : 매개변수, 지역변수 (사용 종료 시 바로 소멸, 컴파일 시 메모리 할당)
• 힙 : new로 생성된 객체 (호출 끝나도 사라지지 않음, 프로그램 실행 시 동적할당) 

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자바 프로그램 실행과정

1) JVM : OS로부터 프로그램이 필요로 하는 메모리 할당받음
2) javac (자바 컴파일러)가 소스코드(.java)를 읽어 바이트코드(.class)로 변환시킴 (컴파일)
3) 클래스로더 : class 파일들 JVM으로 로딩
4) 실행엔진 : 로딩된 class 파일들 해석 (class 실행)
5) 해석된 바이트코드 > 런타임 데이터 영역에 배치 (실질적 수행)

위 과정 중에 JVM은 GC작업 수행 (스레드 동기화 등)

 

 

자바 프로그램 실행과정과 JVM 구성

JVM (자바 가상 머신)

JAVA가 OS에 구애받지 않고 재사용 가능하게 함 (중개자 역할 : JAVA - JVM - OS )

자바 애플리케이션을 클래스 로더로 읽어 자바 API와 함께 실행 (스택기반 가상머신)

역할 : 메모리관리, 가비지 컬렉션

 

JVM 구성

1) 클래스로더 : JVM으로 클래스파일 로드, 링크를 통해 배치, 런타임 시 동적으로 클래스 로드, 컴파일러 역할

2) 실행엔진 : 클래스로더가 런타임 영역에 배치한 바이트코드를 실행 가능한 형태로 변경, 실행

• 인터프리터 : 한 줄씩 수행 (느림)
• JIT (just-in-time) : 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트 코드 전체 컴파일 > 네이티브 코드로 변경 > 네이티브 코드로 실행 (네이티브 코드 : 캐시 보관, 한 번 컴파일된 코드 빠른 수행)
• 네이티브 코드 : 자주 수행되는 메소드를 JVM->실행엔진->JIT 컴파일

3) 가비지 컬렉터 : 가비지 컬렉션

 

4) 런타임데이터영역 : JVM의 메모리영역. 자바 애플리케이션을 실행할 때 사용하는 데이터들을 적재하는 영역

• 메소드 영역 : 모든 쓰레드가 공유하는 영역 (클래스, 인터페이스, 메소드, 필드, static 변수 등 바이트코드 보관)
• 힙 영역 : 모든 쓰레드가 공유하는 영역 (new로 생성된 객체/배열. GC가 참조되지 않는 메모리를 제거하는 영역)
• 스택 영역 : 메소드 호출 시마다 생성되는 영역 (메소드 내 매개변수, 지역변수 등을 임시로 저장. 메소드 끝날때 삭제)
• PC 레지스터 : 쓰레드 시작될 때마다 각각 생성 (쓰레드가 어떤 명령을 실행할지 기록, 수행중인 JVM 명령의 주소를 가짐)
• 네이티브 메소드 스택 : 자바 외 언어로 작성된 코드를 위한 영역

 

 

가비지 컬렉션 (GC)

가비지 정리 프로그램 (가비지 : 정리되지 않은 메모리, 유효하지 않은 메모리주소)

참조되지 않은 객체 해제, 가용 공간 만듦 > heap 메모리 재활용을 위해 

자동 메모리 정리로 개발자의 개발 속도 향상

 

*Mark : 스택의 모든 변수를 스캔, 각각 어떤 오브젝트를 레퍼런스 하고있는지 찾는 과정

*Sweep : Mark되지 않은 모든 오브젝트들을 heap에서 제거

 

문제점 : 메모리를 되찾을 시점을 결정하기 위한 오버헤드 발생 가능

 

 

JVM, JRE, JDK 구성도

 

JRE (Java Runtime Environment) : 자바 실행환경

JVM이 자바 프로그램을 동작시킬 때 필요한 라이브러리, 기타 파일들을 가지고 있음 

JVM + 자바 클래스 라이브러리 + 자바 명령(command) + 기타인프라를 포함한 디렉토리 (패키지)

• bin/ : Java 실행 프로그램, JVM 시작하는 java (javaw,,), keytool, policytool 등
• conf/ : 사용자가 편집가능한 파일 
• lib/ : supporting 파일, .jar 구성파일, 속성, 글꼴, 인증서, .class 포함 모듈
• 네이티브 바이너리 코드 지원 : .dill (Window), dylib (Mac), .so (Linux) 

 

JDK (Java Development Kit) : JRE+개발도구들 (javac, jdb, java, etc...)

Java용 SDK (Software Development Kit) => 프로그램 생성, 컴파일 가능

JRE의 상위 집합 디렉터리 세트 

• bin/ : 개발도구로 확대 - javac (.jar, javadoc, jshell)
• jmods/ 추가 

일반적으로 Java 프로그램 실행 = JRE만 있으면 됨. 

Java 프로그래밍 = JDK 설치 필요

 

애플리케이션 서버 = JSP 를 Java Servlet으로 변환 >> JDK를 사용해서 Servlet 컴파일 해야함

>>> JDK 설치 필요

 

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Runtime Data Area

프로그램 수행을 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간

Runtime Data Area

구성

1) PC : 프로그램 카운터 레지스터, 스레드 시작 될 때 생성됨. (1스레드 1PC) 현재 수행중인 JVM 명령 주소 가짐

2) JVM stack : 프로그램 실행 중 소멸되는 특성의 데이터 임시저장, 삭제 (임시 할당, 변수, 임시데이터, 스레드, 메소드 등)

3) Native Method stack : 실제 실행가능한 기계어 프로그램 실행 영역, JAVA 외의 언어로 작성된 코드를 바이트코드로 전환, 저장

4) Method Area (=Class area = Static area) : 클래스 정보를 처음 메모리 공간에 올릴 때 초기화되는 대상을 저장

    (Runtime Constant Pool : 상수 자료형 저장, 참조/ 중복 방지)

5) Heap : new연산으로 생성된 객체, 배열을 저장하는 가상 메모리 공간

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*오버로딩과 오버라이딩

• 오버로딩 : 메소드의 이름은 같고, 매개변수를 다르게 함으로써 여러 메소드를 만드는 것
• 오버라이딩 : 부모클래스로부터 상속받은 메소드를 재정의하는 것. 자식 객체에서 오버라이딩한 메소드는 호출시 오버라이딩한 메소드가 우선시 되어 호출됨 (동일한 리턴타입, 메소드 이름, 매개변수를 가져야함)

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*추상클래스와 인터페이스

• 추상클래스 : 클래스 내에 추상 메소드가 하나 이상 포함되거나 abstract로 정의된 경우. extends를 통해 기능을 이용하고 확장하도록 하는 클래스
• 인터페이스 : 모든 메소드가 추상 메소드인 경우 (여러 implements가 가능해 다중 상속 구현 가능) 뼈대만 있으며, 구현하는 모든 클래스에 대해 강제적으로 메소드를 구현하도록 만듬

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*메모리, 성능 개선 방법

• 인스턴스 변수에 접근할 일이 없으면, static 메소드를 선언하여 호출
• 모든 객체가 서로 공유할 수 있기 때문에 메모리가 절약되고 연속적으로 그 값의 흐름을 이어갈 수 있는 장점이 존재

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*클래스와 구조체의 차이

• 구조체 : 여러 자료형의 변수들을 하나의 구조로 묶을 수 있는 자료구조.
• 클래스 : 변수뿐만 아니라, 메소드도 포함시킬 수 있음
• 구조체도 함수 포인터를 이용하면 클래스처럼 만들어 낼 수도 있다.

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*스레드 생성, 장단점

• 생성 : Runnable(인터페이스)로 선언되어 있는 클래스 or Thread 클래스를 상속받아 run() 메소드를 구현
• 장점 : 빠른 프로세스 생성, 메모리를 적게 사용 가능, 정보 공유가 쉬움
• 단점 : 데드락에 빠질 위험이 존재

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*벡터와 배열

• 벡터 : 동기식. 한 스레드가 벡터 작업 중이면 다른 스레드가 벡터 보유 불가능
• 배열리스트 : 비동기식. 여러 스레드가 배열리스트에서 동시 작업이 가능

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Reference

NAVER 기술 면접 리뷰

 

gyoogle/tech-interview-for-developer

 

#자바가상머신, JVM(Java Virtual Machine)이란 무엇인가?

 

[ Java ] JDK, JRE 차이점(JDK란? JRE란?)

 

위키독스

 

JVM 메모리 구조란? (JAVA)