[Java] Java를 사용하는 이유와 JVM 메모리

Java를 사용하는 이유

 

1. 플랫폼 독립성
▶ Java 코드는 JVM(Java Virtual Machine)에서 실행되므로, 운영체제에 종속되지 않는다

2. 객체지향

3. 다양한 라이브러리와 프레임워크

4. 성능

5. 멀티스레드와 동시성

6. 보안

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Java를 사용하는 이유라면 많이 있겠지만, 여기서 '플랫폼 독립성'에 대해서 더 설명해보려고 한다.

 

JVM(Java Virtual Machine)

• Java 애플리케이션을 실행하는 가상 머신
• Java 코드가 운영 체제의 제약을 받지 않고 실행될 수 있도록 한다
• Java 프로그램을 바이트코드로 실행

 

JVM 역할

• 바이트코드 실행
  ▶ Java 소스 코드(. java)는 컴파일러를 통해 바이트코드(. class)로 변환하여 실행
• 플랫폼 독립성
  ▶ 운영 체제와 하드웨어에 관계없이 동일한 방식으로 바이트코드를 실행
• JIT 컴파일
  ▶ JIT(Just-In-Time) 컴파일러를 사용하여 실행 시간에 바이트코드를 네이티브 머신코드로 변환하고 최적화

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JVM 구조

• JVM은 실행 중인 Java 애플리케이션을 위해 여러 종류의 메모리 영역을 관리
• JVM의 구조는 크게 GC(Gabage Collector), Execution Engine, Class Loader, Runtime Data Area 4가지 존재

 

GC(Gabage Collector)

• 힙(Heap) 메모리 영역에 생성된 객체들 중 더 이상 참조되지 않는 객체를 자동으로 제거

2023.02.24 - [Language/Java] - [Java] Gabage Collection (GC) 정리

Execution Engine

• 메모리에 적재된 바이트코드(. class)를 기계어로 변환해 명령어 단위로 읽어 실행하는 역할
• 인터프리터와 JIT 컴파일러 존재

인터프리터
→ 바이트코드(. class)를 한 줄씩 읽어서 실행

JIT(Just-In-Time) 컴파일러
→ 프로그램 실행 중에 바이트코드 전체 또는 일부를 네이티브 코드로 컴파일하고, 직적 실행
→ 초기 컴파일에는 시간이 걸리지만, 한 번 컴파일된 코드는 빠르게 실행
→ 자주 실행되는 코드를 분석해 우선적으로 컴파일하여 성능을 최적화

프로그램 실행 초기에는 인터프리터 방식으로 빠르게 시작하고, 실행 중에 JIT 컴파일러가
분석을 통해 성능이 중요한 부분을 식별해 네이티브 코드로 컴파일한다

Class Loader

• Java는 컴파일 타임이 아니라 런타임(. class 파일을 실행할 때) 시점, 즉, 클래스를 처음으로 참조할 때 해당 클래스를 로드하고 링크하며 초기화한다. (동적 로딩)

Runtime Data Area

• JVM이 운영체제 위에서 실행될 때, 할당받는 메모리 영역
• Method | Heap | Stack | PC Register | Native Method Stack
• Method | Heap 영역은 스레드에서 공유되고, 나머지 영역은 스레드마다 각각 존재

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Runtime Data Area

• Method(Static)
  → 모든 스레드가 공유하는 영역으로, 클래스 수준의 정보(클래스 이름, 부모 클래스 이름, 메서드와 변수 정보 등)
  → 프로그램이 종료될 때까지 메모리에 존재하고 어디서든 사용 가능
  
• Heap
  → 모든 스레드가 공유하는 영역으로, 생성된 모든 객체와 배열이 저장되는 영역
  → Stack 영역과 다르게 보관되는 메모리가 호출이 끝나도 삭제되지 않고 유지
  → 그러나 GC가 더 이상 참조하지 않는 인스턴스가 있다면 제거
  → Heap 영역에 있는 객체들을 가리키는 참조를 위한 주소값은 Stack에 포함된다
  
• Stack
  → 스레드마다 별도로 존재하며, 스레드의 메서드 호출과 로컬 변수 등을 관리 (메서드 단위)
  → 메서드가 종료되면 메모리에서 사라짐
  
• PC Register
  → 스레드마다 별도로 존재하며, 스레드가 시작될 때 생성
  → 현재 실행 중인 JVM 명령의 주소값을 가진다
  
• Native Method Stack
  → Java가 아닌 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 메모리 영