더 자바, 코드를 조작하는 다양한 방법

JVM 이해하기

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JVM 이해하기

자바 JVM, JDK, JRE

JVM(Java Virtual Machine)

  • 자바 가상 머신으로 자바 바이트 코드(.class 파일)를 OS에 특화된 코드로 변환(인터프리터와 JIT 컴파일러)하여 실행한다.
  • 바이트 코드를 실행하는 표준(JVM 자체는 표준)이자 구현체(특정 벤더가 구현한 JVM)다.
  • JVM 스팩
  • JVM 밴더: 오라클, 아마존, …
  • 특정 플랫폼에 종속적

JRE(Java Runtime Environment): JVM + 라이브러리

  • 자바 애플리케이션을 실행할 수 있도록 구성된 배포판
  • JVM 과 핵심 라이브러리 및 자바 런타임 환경에서 사용하는 프로퍼티 세팅이나 리소스 파일을 가지고 있다.
  • 개발 관련 도구는 포함하지 않는다. (그건 JDK에서 제공)

JDK(Java Development Kit): JRE + 개발 툴

  • JRE + 개발에 필요할 툴
  • 소스 코드를 작성할 때 사용하는 자바 언어는 플랫폼에 독립적
  • 오라클은 자바 11부터는 JDK만 제공하며 JRE를 따로 제공하지 않는다.
  • Write Once Run Anywhere
  • 자바 9부터 모듈 시스템이 들어왔는데 모듈의 서브셋을 만들어서 JRE를 구성할 수 있어서 그런지 JRE를 제공하지 않음

자바

JVM 언어

  • JVM 기반으로 동작하는 프로그래밍 언어

참고

JVM 구조

graph TD; A[클래스 로더 시스템]---B[메모리]; B---C[실행 엔진 Execution Engine]; B---D[네이티브 메소드 인터페이스 JNI]; C---E[네이티브 메소드 라이브러리]; C---D; D---E;

클래스 로더 시스템

  • .class 에서 바이트코드를 읽고 메모리에 저장
  • 로딩: 클래스 읽어오는 과정
  • 링크: 레퍼런스를 연결하는 과정
  • 초기화: static 값들 초기화 및 변수에 할당

메모리

  • 메소드 영역에는 클래스 수준의 정보 (클래스 이름, 부모 클래스 이름, 메소드, 변수) 저장, 공유 자원이다.
  • 힙 영역에는 객체를 저장, 공유 자원이다.
  • 스택 영역에는 쓰레드 마다 런타임 스택을 만들고, 그안에 메소드 호출을 스택 프레임이라 부르는 블럭으로 쌓는다, 쓰레드 종료하면 런타임 스택도 사라진다.
  • PC(Program Counter) 레지스터: 쓰레드 마다 쓰레드 내 현재 실행할 스택 프레임을 가리키는 포인터가 생성된다.
  • 네이티브 메소드 스택
  • https://javapapers.com/core-java/java-jvm-run-time-data-areas/#Program_Counter_PC_Register

실행 엔진

  • 인터프리터: 바이트 코드를 한줄 씩 실행.
  • JIT 컴파일러: 인터프리터 효율을 높이기 위해, 인터프리터가 반복되는 코드를 발견하면 JIT 컴파일러로 반복되는 코드를 모두 네이티브 코드로 바꿔둔다. 그 다음부터 인터프리터는 네이티비 코드로 컴파일된 코드를 바로 사용한다.
    • 바이트 코드 -> 네이티브 코드
  • GC(Garbage Collector): 더이상 참조되지 않는 객체를 모아서 정리한다.
    • 이해도 해야 하고, 커스터 마이징, 옵션을 조정해야 할 때도 있다.
    • 프로파일 할 때도 우리가 사용하는 GC가 어떤 GC 인지 알아야 하고, 애플리케이션을 실해하기 전에 사용할 GC 선택해야 하는 경우도 있다.
    • Throw Put GC
    • Stop The World GC
      • 서버 운영중에 많은 객체를 생성하고 리스펀스 타입이 중요하다.

JNI(Java Native Interface)

네이티브 메소드 라이브러리

  • C, C++로 작성 된 라이브러리
  • native 키워드가 있다.
  • ex) Thread.currentTread();

참고

클래스 로더

클레스 로더 시스템

graph LR; A[로딩 loading]-->B[링크 linking]; B-->C[초기화 initialization];

로딩 loading

graph LR; Bootstrap-->Extension; Extension-->Application;

링크 linking

graph LR; Verify-->Prepare; Prepare-->Resolve;

클래스 로더

  • 로딩, 링크, 초기화 순으로 진행된다.
  • 로딩
    • 클래스 로더가 .class 파일을 읽고 그내용에 따라 적절한 바이너리 데이터를 만들고 “메소드” 영역에 저장.
    • 이때 메소드 영역에 저정하는 데이터
      • FQCN
        • 풀 패키지 경로가 클래스 로더까지 포함된 것이다.
      • 클래스, 인터페이스, 이늄
      • 메소드와 변수
    • 로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 “힙” 영역에 저장
  • 링크
    • Verify, Prepare, Revolve(optional) 세 단계로 나눠져 있다.
    • Verify(검증): .class 파일 형식이 유효한지 체크한다.
    • Prepare, Preparation(준비): 클래스 변수(static 변수)와 기본값에 필요한 메모리를 준비한다.
    • Resolve(해결): 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체한다.
  • 초기화
    • static 변수의 값을 할당한다. (static 블럭이 있다면 이때 실행된다.)
  • 클래스 로더는 계층 구조로 이뤄져 있으며 기본적으로 세가지 클래스 로더가 제공된다.
    • 부트 스트랩 클래스 로더
      • JAVA_HOME\lib 에 잇는 코어 자바 API 를 제공한다.
      • 최상위 우선순위를 가진 클래스 로더
      • native 코드로 구현되어있다.
    • 플랫폼 클래스 로더
      • JAVA_HOME\lib\ext 폴더 또는 java.ext.dirs 시스템 변수에 해당하는 위치에 있는 클래스를 읽는다.
      • 예전에는 Extension 클래스 로더 라고 부름
    • 애플리케이션 클래스 로더
      • 애플리케이션 클래스패스(애플리케이션 실행할 때 주는 -classpath 옵션 또는 java.class.path 환경 변수의 값에 해당하는 위치)에서 클래스를 읽는다.
    • 부트 스트랩 클래스 로더 -> 플랫폼 클래스 로더 -> 애플리케이션 클래스 로더
      • 위의 순서대로 클래스를 찾는다.
      • 애플리케이션 클래스 로더에서도 찾지 못하면 ClassNotFoundException 을 던진다.

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