JAVA와 JVM

객체 지향 프로그래밍일명 OOP(Object-Oriented Programming) 이란 프로그램의 수많은 객체라는 기본 단위로 나누고 이들의 상호작용으로 서술하는 방식이다. 여기서 객체란 ‘매소드, 변수’를 가지며, 특정 역할을 수행하도록 인간이 정의한, 추상적인 개념입니다.

객체 지향

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객체 지향 프로그래밍의 4가지 주요 특징은 다양성, 상속, 캡슐화, 추상화입니다.

• 다향성 ( Polymorphism ) :
• 어떤 객체의 속성이나 기능이 상황에 따라 여러 가지 형태를 가질 수 있는 성질을 의미합니다.
• 상속 ( Inheritance ) :
• 기존의 클래스를 재활용하여 새로운 클래스를 작성하는 자바의 문법 요소를 의미합니다.
• 추상화 ( Absration ) :
• 불필요한 세부 사항을 숨기고, 중요한 정보만을 노출합니다. 이를 통해 복잡한 시스템을 단순화하고, 이해하기 쉽게 만듭니다.
• 캡슐화 ( Encapsulation ):
• 클래스의 내부 변수와 메소드를 하나로 패키징하는 특징입니다.

JVM

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JVM ( Java Virtual Machine / 자바 가상 머신 ) 은 자바와 운영체제 사이에서 중재자 역할을 수행하며, 자바가 운영체제에 구애 받지 않고 프로그램을 실행할 수 있도록 도와줍니다. 또한, 가비지 컬렉터를 사용한 메모리 관리도 자동으로 수행하며, 다른 하드웨어와 다르게 레지스터 기반이 아닌 스택 기반으로 동작합니다. JVM 은 자바 안에서만 사용하는 것이 아니라 코트린, 스칼라 등 의 언어에서도 JVM 동작 방식을 그대로 사용합니다.

 

JVM 은

JVM 방식

이런 식으로 작동합니다

1. 자바 프로그램을 실행하면 JVM은 운영체제로부터 메모리를 할당 받습니다.
2. 자바 컴파일러 ( javac ) 가 자바 소스코드 ( .java ) 를 바이트 코드 ( .class ) 로 컴파일 합니다.
3. 클래스 로더는 동적 로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크 하여 런타임 데이터 영역에 올립니다.
   1. 런타임 데이터 영역는 실직적인 메모리를 할당 받아 관리하는 영역입니다.
4. 이 과정에서 실행엔진에 의해 가비지 콜렉터의 작동과 스레드가 동기화가 이루어집니다.

구성 요소

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• 클래스 로더
• 실행 엔진
  • 인터프리터
  • JIT 컴파일러
  • 가비지 콜렉터
• 런타임 데이터 영역
  • 메소드 영역
  • 힙 g영역
  • PC Register
  • 스택 영역
  • 네이티브 메소드
• JNI - 네이티브 메소드 인터페이스
• 네이티브 메소드 라이브러리

클래스 로더

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클래스 로더는 JVM 내로 클래스 파일 ( .class )을 동적으로 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈입니다.

즉, 로드된 바이트 코드 ( .class ) 들을 엮어서 JVM의 메모리 영역인 런타임 데이터 영역에 배치합니다.

실행 엔진

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

이 수행 과정에서 실행 엔진은 인터프리터와 JIT 컴파일러 두 가지 방식을 혼합하여 바이트 코드를 실행합니다.

인터프리터 :

바이트 코드 명령어를 하나씩 읽어서 해석하고 바로 실행합니다.

JIT 컴파일러 ( Just-In-Time Compiler ) :

위의 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 도입된 방식으로 반복되는 코드를 발견하여 바이트 코드 전체를 컴파일 하여 Native Code로 변경하고 이후에는 해당 메서드를 더 이상 인터프리팅 하지 않고 캐싱해 두었다가 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식입니다.

가비지 컬렉터 :

자바 가상 머신은 카비지 컬렉터를 이용하여 Heap 메모리 영역에서 더는 사용하지 않는 메모리를 자동으로 회수해 줍니다.

 

런타임 데이터 영역

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런타임 데이터 영역은 JVM의 메모리 영역으로 생각하면 쉽게 생각할 수 있다. 자바 애플리케이션을 실행할 때 사용되는 데이터들을 적재하는 영역입니다.

여기에 속한

• 메소드 영역
• 힙영역
• PC Register
• 스택 영역
• 네이티브 메소드

의 내용은 추후에 자세히 다루겠습니다.

JNI

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자바가 다른 언어로 만들어진 애플리케이션과 상호 작용할 수 있는 인터페이스를 제공하는 프로그램입니다.

JNI는 JVM이 Native Method를 적재하고 수행할 수 있도록 합니다.

• 번외 : 실질적으로 제대로 동작하는 언어는 C, C++ 정도 밖에 없다고 합니다.

 

네이티브 메서드 라이브러리

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C와 C++로 작성된 라이브러리를 칭합니다.

만일 헤더가 필요하면 JNI는 이 라이브러리를 로딩해 실행합니다.