[Java] 자바 컴파일 과정, JVM 기본 개념

자바는 OS에 독립적인 특징을 가지고 있습니다.

즉, Windows에서도 MacOS에서도 차이가 없이 구동이 가능하다는 특징이 있습니다.

 

이러한 특징을 가능하게 해주는 것이 JVM(Java Virtual Machine)입니다.

자바 컴파일 순서

1. 개발자가 자바 소스코드(.java)를 작성합니다.

2. 자바 컴파일러(Java Compiler)가 자바 소스파일을 컴파일합니다.

 이때 나오는 파일은 자바 바이트 코드(.class)파일로 아직 컴퓨터가 읽을 수 없는 자바 가상머신이 이해할 수 있는 코드입니다.

(추가로, 바이트 코드의 각 명령어는 1바이트 크기의 Opcode와 추가 피연산자로 이루어져 있습니다.)

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3. 컴파일된 바이트 코드를 JVM의 클래스로더(Class Loader)에게 전달합니다.

4. 클래스 로더는 동적로딩(Dynamic Loading)을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크하여 런타임 데이터 영역(Runtime Data Area)

즉, JVM 메모리에 바이트 코드들을 올려줍니다.

5. 실행엔진(Execution Engine)은 JVM 메모리에 올라온 바이트 코드들을 명령어 단위로 하나씩 가져와서 실행합니다.

 

 

- 클래스 로더의 세부 동작

 a. 로드 : 클래스 파일을 가져와서 JVM의 메모리에 로드합니다.

 b. 검증 : 자바 언어 명세(Java Language Specification) 및 JVM 명세에 명시된 대로 구성되어 있는지 검사합니다.

 c. 준비 : 클래스가 필요로 하는 메모리를 할당합니다. (필드, 메서드, 인터페이스 등등)

 d. 분석 : 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경합니다.

 e. 초기화 : 클래스 변수들을 적절한 값으로 초기화합니다. (static 필드)

 

- 런타임 데이터 영역

JVM이 OS위에서 실행되면서 할당 받는 메모리 영역으로

PC 레지스터, JVM 스택, 네이티브 메서드 스택(Native Method Stack)은 스레드마다 하나씩 생성되고

힙(Heap), 메서드영역(Method Area)은 모든 스레드가 공유해서 사용하게 된다.

 

a. 메서드 영역 : 클래스 정보, 변수 정보, static으로 선언한 변수가 저장 (모든 스레드가 공유)

b. 힙 영역 : 동적으로 생성된 객체가 저장되는 영역으로 GC의 대상이 되는 공간 (모든 스레드가 공유)

c. JVM 스택 영역 : 스택 프레임이라는 구조체, 새로운 메소드가 호출되면 push, 메소드가 종료되면 pop

d. PC 레지스터 : 현재 수행중인 JVM의 명령어 주소를 저장하는 공간, 스레드가 어떤 부분을 어떤 명령어로 수행할지 저장

e. 네이티브 메서드 스택 : JAVA가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 위한 공간. 즉, JNI를 통해 호출하는 C/C++등의 코드를 위한 공간

 

 

- 실행 엔진

실행 엔진은 클래스 로더를 통해 런타임 데이터 영역에 배치된 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.

이때, 실행 엔진은 두가지 방식으로 변경합니다.

 a. 인터프리터 : 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 실행합니다.

 b. JIT(Just-In-Time) 컴파일러 : 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식, 바이트 코드 전체를 컴파일하여 바이너리 코드로 변경하고 이후에는 해당 메서드를 더 이상 인터프리팅 하지 않고, 바이너리 코드로 직접 실행하는 방식.

(하나씩 인터프리팅하여 실행하는 것이 아니라 바이트 코드 전체가 컴파일된 바이너리 코드를 실행하는 것이기 때문에 실행속도는 더 빠름)

(JIT 컴파일러를 사용하는 JVM은 내부적으로 해당 메서드가 얼마나 자주 호출되고 실행되는지 체크하고 일정 기준을 넘었을 때에만 JIT 컴파일러를 통해 컴파일하여 바이너리 코드를 생성합니다.)

 

참고 :

https://steady-snail.tistory.com/67

 

https://github.com/gyoogle/tech-interview-for-developer/blob/master/Language/%5Bjava%5D%20%EC%9E%90%EB%B0%94%20%EC%BB%B4%ED%8C%8C%EC%9D%BC%20%EA%B3%BC%EC%A0%95.md