[Java] JVM 에 대해

 

 

 

JVM

• 자바 가상머신
• = 자바 소스 코드 -> 자바 바이트 코드 변환 (자바 가상 머신이 이해할 수 있는 자바 소스코드)
• 자바 프로그램의 실행 구조
  • 하드웨어 > 운영체제 > JVM > 자바프로그램
  • JVM은 운영체제 위에서 동작하는 소프트웨어임
  • 자바 프로그램을 운영체제에 상관없이(리눅스, 윈도우 등) 실행시키기 위해 따로 설계됨
• 바이너리 코드 읽기/검증/실행
• 동작원리
  • Java Source(.java) -> Java Compiler (javac) -> Java Byte Code(.class)
  • -> JVM(Class Loader, Runtime Data Areas, Execution Engine)
  • 해석 ▼
  • 자바파일 -> 컴파일러 -> 컴파일 된 자바 바이트코드 -> JVM의 클래스 로더
  • -> 런타임 데이터 영역에 로드함 -> 로드된 코드들을 하나씩 가져와 실행엔진으로 실행
• 바이너리코드/바이트코드/기계어
  • 바이너리 코드 : 컴퓨터가 이해하는 0과 1로 구성된 이진코드. CPU가 이해할 수 있는 언어
  • 바이트 코드 : 바이너리 코드와 의미는 같으나, CPU가 아닌 가상머신에서 이해할 수 있는 언어
  • 기계어(네이티브 코드) : 0과 1로 이루어진 바이너리 코드 (*모든 이진코드가 기계어는 아님)

 

 

JVM - Class Loader

• 자바 바이트 코드(.class) 를 JVM으로 로딩함
  • 자바파일 코드 컴파일 -> JVM이 읽을 수 있는 .class 파일 완성
• Loading (로드) 
  • System/Application class loader
    • 자바 프로그램에 지정된 Class path 내의 클래스 파일들을 로드
  • Extension class loader
    • 기본 JAVA API 를 제외한 확장 클래스들을 로드
    • Bootstrap class loader 다음으로 우선순위를 가짐
  • Bootstrap class loader
    • JVM 시작 시 최초로 실행되는 클래스 로더
    • 다른 모든 클래스로더의 부모
    • 최소한의 자바클래스(java.lang.Object, Class, ClassLoader)를 로드함 (기본 JAVA API)
• Linking (연결)
  • 검증
    
    • 컴파일러로 변환된 바이트코드가 바이너리코드로 잘 변환 했는지 확인 (클래스 파일 유효 검증)
    • 그렇지 않은 경우에 VerifyError 을 던짐
  • 준비
    • JVM에 의한 메모리 할당
    • static field 메모리를 할당하고 기본값으로 초기화함
  • 실행
    
    • Symbolic reference 가 direct reference 로 대체됨
    • = 대상의 이름이 아닌, 실제 객체의 주소로 참조 관계를 구성함
• Initialize (초기화)
  • 클래스/인터페이스의 초기화 로직이 실행됨
  • Linking 단계에서 초기화된 static 변수들을 원래 설정된 값으로 정의해줌

 

 

 

JVM - Runtime Data Areas

• 프로그램 수행을 위해 운영체제에게 할당받는 메모리 영역
• PC Register
  • 스레드당 1개씩 존재
  • 스레드 실행 시 현재 실행하는 명령을 저장 후 -> 끝나면 다음 실행될 명령의 주소를 가리킴
• JVM stack
  • 스레드당 1개씩 존재 (스레드가 시작될때 생성)
  • Stack Frame 이라는 구조체를 저장하는 스택
• Native Method Stack
  • JAVA 외의 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 스택(C,C++ 등)을 호출하는 스택
• Heap area
  • JVM 당 1개만 존재하는 공유자원
  • 인스턴스/객체를 저장하는 공간 (Method area와 다르게 정보가 아닌 실제 데이터가 할당되있는 공간)
• Method area
  • JVM이 시작될 때 생성 (JVM당 1개만 존재)
  • 모든 스레드가 공유하는 영역
  • JVM이 읽어들인 인스턴스화 된 클래스의 정보 등을 보관함

 

 

 

JVM - Execution Engine

• 런타임 데이터 영역에 배치된 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어 실행시키는 역할
• Interpreter
  • 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽고 해석 및 실행함
  • 전체적인 실행 속도가 느림 (바이트코드를 다시 기계어로 변환해야 하기 때문)
• JIT 컴파일러
  • 인터프리터의 단점 보완
  • 바이트 코드 전체를 컴파일 -> 기계어로 변경 후 읽음 (속도 절약)

 

JRE

• 자바 코드를 실행하기 위한 환경
• JVM의 실행환경을 구현했다고 할 수 있음
• 자바 가상머신, 자바 클래스 라이브러리 등을 포함한 자바 프로그램을 실행하는데 필요한 패키지

 

 

JDK

• 자바 기반의 소프트웨어 개발 도구
• JRE + 개발 도구(javac, java 등) 을 포함

JUnit 5

• 자바용 테스팅 기반 프레임워크
• 자바8 이상부터 사용 가능
• JUint Jupiter api (테스트 코드 작성), JUnit Jupiter engine (테스트 실행)
• 주요 어노테이션
  • @Test : 테스트 메서드임을 선언
  • @BeforeEach : 테스트 실행 전에 실행할 테스트에 사용
  • @AfterEach : 테스트 실행 후에 실행한 테스트에 사용
  • @Order(2) : 테스트 순서 설정 (2니까 순서 중에 2번째)
  • @DisPlayName("text") : 테스트 이름 표시
• Assertions 가 모두 static 메서드가 가능
  • assertEquals(a,b) : a와 b가 같은지 비교
  • assertThat(a, is(b)) : a와 b가 같은지 비교