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📌 알림
해당 글은 공부 목적으로 작성한 글입니다.
📌 JVM(Java Virtual Machine)
JVM(Java Virtual Machine)
자바로 작성한 소스 코드를 해석해 실행하기 위한 컴파일러 프로그램이다.
JVM은 OS로부터 메모리를 할당 받은 후 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어서 관리한다.
스택 기반의 가상 머신
인텔x86 아키택처와 같은 하드웨어가 레지스터 기반으로 동작하는데 비해 JVM은 스택 기반으로 동작한다.
심볼릭 레퍼런스
기본 자료형(primitive data type)을 제외한 모든 타입(클래스와 인터페이스)을 명시적인 메모리 주소 기반의 레퍼런스가 아닌 이름만 가지고 있는 심볼릭 레퍼런스를 통해 참조한다.
가비지 컬렉션(Garbage Collection)
클래스 인스턴스는 사용자 코드에 의해 명시적으로 생성되고 가비지 컬렉션에 의해 자동으로 제거된다.
기본 자료형을 명확하게 정의하여 플랫폼 독립성 보장
C/C++ 등의 전통적인 언어는 플랫폼에 따라 Int형의 크기가 변하지만 JVM은 기본 자료형을 명확하게 정의하여 호완성을 유지하고 플랫폼 독립성을 보장한다.
네트워크 바이트 오더(Network Byte Order)
자바 클래스 파일은 네트워크 바이트 오더를 사용한다. 인텔 x86 아키텍처가 사용하는 리틀엔디안이나, RiSC 계열 아키텍처가 주로 사용하는 빅 엔디안 사이에서 플랫폼 독립성을 유지하려면 고정된 바이트 오더를 유지해야 하기에 네트워크 전송 시에 사용하는 바이트 오더인 네트워크 바이트 오더를 사용한다. 네트워크 바이트 오더는 빅 엔디안이다.
※ 바이트 오더(Byte Order) : 시스템의 데이터 표현 방법
※ 빅 엔디안(Big-Endian) : 상위 바이트의 값이 메모리 상에 먼저 표시되는 방법
※ 리틀 엔디안(Little-Endian) : 하위 바이트의 값이 메모리 상에 먼저 표시되는 방법
📌 JVM 구성 영역
JVM은 모든 쓰레드가 공유하는 Method, Heap 영역과 각 쓰레드마다 고유하게 생성하며 쓰레드 종료 시 소멸되는 Stack, Pc Register, Native Method Stack 영역이 있다.
Method Area(Class, Static)
클래스 파일의 바이트 코드가 로드되는 영역
- 메인 메서드에서 사용하는 클래스와 static 변수가 해당 영역에 저장됨
- 프로그램 클래스 구조를 메타 데이터처럼 가지고 있고 메서드의 코드를 저장해둠
- 메서드 영역의 코드가 올라가는 것을 클래스 로딩이라고 하는데, 메서드가 호출되려면 해당 메서드를 갖고 있는 클래스 파일이 메모리에 로딩되어 있어야 함.
Heap Area
애플리케이션 실행 중에 생성되는 객체 인스턴스를 저장하는 영역으로, JVM GC(Garbage Collector)에 의해 관리되는 영역
Stack Area
메서드 호출을 스택 프레임이라는 블록으로 쌓으며, 로컬 변수와 중간 연산 결과들이 저장되는 영역
PC Register
쓰레드가 현재 실행할 스택 프레임의 주소를 저장하는 영역
Native Method Stack
C/C++ 등의 Low level 코드를 실행하는 스택 영역
📌 JVM 실행 과정
JVM 실행 과정
1. OS로부터 메모리Runtime Data Area)를 할당 받음
2. 컴파일러(javac)가 소스코드(.java)를 읽어 바이트 코드(.class)로 변환
3. Class Loader를 통해 Class 파일을 JVM 내 Runtime Data Area로 로딩
4. 로딩된 Class 파일을 Execution Engine을 통해 해석 및 실행
📌 가비지 컬렉터
가비지 컬렉터(Garbage Collector)
메모리 관리 기법 중의 하나로 프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역 중 필요없게 된 영역을 해제하는 기술이다.
Young Area
새롭게 생성한 객체의 대부분이 위치하는 영역
대부분의 객체는 생성 후 금새 접근 불가 상태가 되기에 많은 객체가 해당 영역에 생성되었다 사라지는데, 이 때 Minor GC가 발생했다고 한다. Servival 0, 1 영역은 Minor GC로부터 살아남은 객체들이 존재하는 영역으로 0 또는 1 둘 중 하나는 반드시 비어있어야 하며, 메모리 단편화를 막기 위해 둘로 나뉘어져 있다.
Old Area
접근 불가 상태가 되지 않고 Young 영역에서 살아남은 객체를 복사해둔 영역
대부분 Young 영역보다 크게 할당하며 크기가 큰 만큼 GC는 적게 발생하며, 이 영역에서 객체가 사라지는 것을 Major GC가 발생했다고 말한다. Old 영역은 기본적으로 데이터가 가득 차면 GC를 실행하는데, GC 방식에 따라 처리하는 절차가 조금씩 달라진다. JDK 7 기준으로 5가지의 GC 방식이 존재한다.
- Serial GC(-XX:+UseSerialGC)
- Parallel GC(-XX:+UseParallelGC)
- Parallel Old GC(-XX:+UseParallelOldGC)
- CMS GC(-XX:+UseConcMarkSeppGC)
- G1 GC(Garbage First)
장점
- 메모리 누수 방지
- 해제된 메모리 접근 방지
- 해제한 메모리를 다시 이중 해제하는 것 방지
단점
- 개발자가 언제 GC가 메모리를 해제하는지 모름
- 실행중인 애플리케이션이 리소스를 GC 작업에 내줘야 하므로 오버헤드 발생
📌 모의 면접
JVM에 대해 설명해주세요.
자바로 작성한 소스 코드를 해석해 실행하기 위한 컴파일러 프로그램입니다.
JVM은 OS로부터 메모리를 할당 받은 후 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어서 관리합니다. JVM은 크게 Method Area, Heap , Stack, PC Register, Native Method Stack 영역이 존재합니다.
Method 영역은 클래스 파일의 바이트 코드가 로드되는 영역으로 메인 메서드에서 사용하는 클래스와 static 변수가 해당 영역에 저장됩니다. 클래스와 인터페이스, 메서드, 필드, static 변수, final 변수 등이 저장되는 영역입니다.
Heap 영역은 런타임 시 동적으로 할당하여 사용하는 영역으로, new 연산자로 생성된 객체와 배열 저장하며, JVM 가비지 컬렉터에 의해 관리되는 영역입니다.
Stack 영역은 메서드 호출을 스택 프레임이라는 블록으로 쌓으며, 로컬 변수와 중간 연산 결과들이 저장되는 영역입니다.
PC Register 영역에서는 쓰레드가 현재 실행할 스택 프레임의 주소를 저장하는 영역입니다.
마지막으로 Native Method Stack 영역은 C/C++ 등의 Low level 코드를 실행하는 스택 영역입니다.
JVM 실행 과정에 대해 설명해주세요.
먼저 JVM은 OS로부터 Runtime Data 영역의 메모리를 할당받습니다. 그 후 컴파일러가 소스코드를 읽어 바이트 코드로 변환합니다. 컴파일러는 소스 코드를 읽어 클래스 로더를 통해 클래스 파일을 JVM 내 Runtime Data 영역에 클래스를 로딩합니다. 마지막으로 로딩된 클래스 파일을 Execution Engine을 통해 해석 및 실행합니다.
가비지 컬렉터에 대해 설명해주세요.
가비지 컬렉터는 메모리 관리 기법 중의 하나로 프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역 중 필요없게 된 영역을 해제하는 기술입니다. 가비지 컬렉터는 크게 새롭게 생성한 객체를 관리하는 Young 영역과 Young 영역에서 살아남은 객체를 관리하는 Old 영역이 존재합니다.
새롭게 생성된 대부분의 객체는 대부분 금새 접근 불가 상태가 되기에 많은 객체가 해당 영역에 생성되었다 사라지는데, 이것을 Minor GC가 발생했다고 말합니다. MinorGC로부터 살아남은 객체들은 Young 영역의 Survival 0, 1 영역에 저장됩니다. Old 영역은 Survival 영역에 저장된 객체들을 복사하여 가져오며, 해당 영역은 보통 Young 영역보다 크게 할당됩니다. 크기가 큰 만큼 GC는 적게 발생하며, 이 영역에서 객체가 사라지는 것을 Major GC가 발생했다고 말합니다. Old 영역은 기본적으로 데이터가 가득 차면 GC를 실행하는데, GC 방식에 따라 처리하는 절차가 조금씩 달라집니다. JDK 7 기준으로 5가지의 GC 방식이 존재합니다.
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