JVM(Java Virtual Machine) 이해하기 - 동작 원리 및 구성 요소

JVM(Java Virtual Machine)은 Java 프로그램을 실행하기 위한 가상 머신으로, Java 코드를 플랫폼에 독립적으로 실행할 수 있게 해줍니다. 이 글에서는 JVM의 동작 원리와 구성 요소에 대해 자세하게 설명하겠습니다.

 

 

1. JVM의 개요

JVM은 Java 코드를 바이트코드(Bytecode)로 컴파일한 후, 이 바이트코드를 해당 플랫폼의 기계어로 변환하여 실행합니다. 이 과정을 통해 Java 프로그램은 한 번 작성하면 여러 플랫폼에서 실행할 수 있는 이식성(Portability)을 갖게 됩니다.

 

 

 2. JVM의 구성 요소

 

JVM은 크게 Class Loader, Runtime Data Area, Execution Engine 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다.

 

2.1. Class Loader

• Class Loader는 Java 프로그램에서 사용하는 클래스 파일(*.class)을 로드하고, 링크하며, 초기화하는 역할을 합니다.
• Class Loader의 세부 동작은 다음과 같습니다:
  • 로딩(Loading): 클래스 파일을 읽어서 JVM 메모리에 로드합니다.
  • 링크(Linking): 참조 검사, 바이트코드 검증, 정적 변수 할당 및 초기화 등의 과정을 거칩니다.
  • 초기화(Initialization): 정적 변수의 초기값을 할당하고 정적 블록을 실행합니다.

2.2. Runtime Data Area

• Runtime Data Area는 JVM이 프로그램 실행 중에 사용하는 메모리 영역입니다. 다음과 같은 구성 요소로 나뉩니다:
  • 메소드 영역(Method Area): 클래스 정보, 상수, 정적 변수, 메소드 코드 등을 저장합니다.
  • 힙 영역(Heap Area): 객체와 배열을 저장합니다.
  • 스택 영역(Stack Area): 메소드 호출과 지역 변수를 저장하는 프레임(Frame)을 포함합니다.
  • PC 레지스터(Program Counter Register): 현재 실행 중인 명령의 주소를 저장합니다.
  • 네이티브 메소드 스택(Native Method Stack): 네이티브 메소드를 위한 스택 영역입니다.

2.3. Execution Engine

• Execution Engine은 바이트코드를 실행하는 역할을 합니다. 주요 구성 요소와 동작 방식은 다음과 같습니다:
  1. 인터프리터(Interpreter): 바이트코드를 한 줄씩 해석하고 실행합니다. 이 방식은 속도가 느린 단점이 있습니다.
  2. Just-In-Time(JIT) 컴파일러: 바이트 코드를 기계어로 변환하여 실행하는 컴파일러로, 자주 사용되는 코드를 빠르게 실행할 수 있게 최적화합니다. 이를 통해 인터프리터의 속도 문제를 해결할 수 있습니다.
  3. 가비지 컬렉터(Garbage Collector): 힙 영역의 사용되지 않는 객체를 자동으로 회수하여 메모리를 관리합니다.

3. JVM 동작 과정

 

JVM의 전체적인 동작 과정은 다음과 같습니다.

• Java 소스 코드(*.java)를 작성합니다.
• Java 컴파일러(javac)를 사용하여 소스 코드를 바이트코드(*.class)로 컴파일합니다.
• JVM이 클래스 파일을 로드하고, 링크하며, 초기화합니다.
• 바이트코드를 인터프리터와 JIT 컴파일러를 사용하여 실행합니다.
• 실행 중에 가비지 컬렉터가 메모리를 관리합니다.

이러한 과정을 통해 Java 프로그램은 여러 플랫폼에서 이식성을 유지하며 실행됩니다.