[java] JVM이란?

JVM

• 자바 가상 머신(Java Virtual Machine)
• 자바 바이트 코드를 실행하는 주체
• Linux, Window, Mac 등 OS에 맞게 구현
• JVM Spec에 맞춰 구현
  • Oracle, Eclipse, IBM 등 여러 회사에서 구현
    • HotSpot, OpenJ9
  • JVM Language
    • JVM에서 실행가능한 언어
    • Clojure, Groovy, JRuby, Jython, Kotlin, Scala

자바 바이트 코드

• 자바 바이트 코드 = 클래스 파일 = .class
• 컴파일러가 .java 파일을 .class 파일로 해석
  • 자바 컴파일러, 스칼라 컴파일러, 코틀린 컴파일러 등
• JVM은 자바 바이트 코드를 해석해서 실행
  • Write Once, Run Everywhere
    
    

JVM 주요 모듈

• 클래스 로더(Class Loader)
  • 자바 클래스를 메모리에 적재하는 모듈
• 메모리 공간(Runtime Data Areas)
  • Stack, Program Counter, Natiie Method Stack는 각 스레드가 독립적으로 관리
  • Method Area, Heap은 프로그램 전역으로 관리  
  • Method Area
    • 클래스, 인터페이스의 정보를 가지고 있음
  • Heap
    • new 로 생성하는 객체의 정보
  • Stack
    • 로컬 변수 정보 
  • Program Counter
    • 현재 실행위치
  • Native Method Stack
    • 네이티브 메소드 정보
• 실행 엔진(Execution Engine)
  • 컴파일러
  • GC 모듈

JVM 힙 메모리 구조

• Young
  • new 로 생성되는 신규 객체의 영역.
  • Eden, S0, S1 로 구성.
  • 마이너 GC의 대상
• Old
  • Young에서 살아 남은 객체를 저장하는 영역.
  • Full GC의 대상
• Meta
  • 클래스 객체의 정보가 보관되는 공간
  • JDK8부터 생성. JDK7 버전까지 Permenant Generation영역(PG)이었음.
  • PG영역의 메모리 누수 방지, GC 성능 개선을 위하여 메모리 구조를 변경
  • PG영역을 Metaspace와 Compressed Class Space영역으로 기능을 분할

실행 엔진

• 컴파일러
  • 자바 바이트 코드를 기계어로 번역
  • 인터프리터 방식에서 컴파일 방식으로 변환
  • JIT 컴파일러
• GC
  • 마이너 GC와 풀 GC
    • 마이너 GC는 Young 영역의 데이터 정리
    • 풀 GC는 Old 영역의 데이터 정리
      • JVM을 정지하고 실행하기 때문에 성능에 많은 영향을 끼침
    • 가장 좋은 GC 방법이 존재하는 것은 아님
      • 작업의 종류에 따라 적절한 GC 방법을 선택하는 것이 필요함
  • GC의 종류
    • SerialGC
      • -XX:+UseSerialGC
      • Mark-Sweep-Compact 알고리즘을 이용
      • 살아 있는 객체를 선택(Mark)-선택되지 않은 객체를 정리(Sweep)-메모리 공간을 압축(Compact)
    • ParallelGC
      • -XX:+UseParallelGC
      • SerialGC와 동일하지만 여러개의 스레드를 이용하여 동시에 처리
    • Parallel Old GC
      • -XX:+UseParallelOldGC
      • Mark-Summary-Compaction 단계
    • Concurrent Mark & Sweep GC
      • -XX:+UseConcMarkSweepGC
      • Stop-The-World 시간이 짧지만, 다른 GC에 비해 많은 메모리와 CPU를 사용하고, Compaction 단계가 기본적으로 제공되지 않음.
    • G1GC(Garbage First) GC
      • -XX:_UseG1GC
      • 메모리를 N개의 영역으로 나누어서 할당