CH1 - 전반적인 메모리 구조
1. 자바의 메모리 할당 및 실행 과정
Stack 영역
- 정적으로 할당되는 메모리의 영역으로
- 프리미티브 타입들이 값이랑 같이 할당이 된다.
- Heap 영역에 오브젝트 타입 데이터의 참조값이 할당이 되는 공간이다.
- 스레드당 하나씩 할당된다.
- 함수가 호출될 때 사용되는 메모리로 기능 수행이 끝나면 자동으로 반환되는 메모리
Heap 영역
- 동적으로 할당된 메모리 영역으로
- 모든 오브젝트 타입의 데이터가 할당이 된다.
- stack에 쌓이는 데이터를 제외하고 Heap 영역에 쌓인다.
- Heap 영역은 하나만 존재하기에 공유하며 사용한다.
public static void main(String[] args) { int age = 27; // stack에 값과 같이 할당된다. String name = "kim" // 스텍에 name 이라는 참조값만 실제 값은 Heap에 저장된다. String name2 = new String("ddd"); List<String> namse = new ArrayList<>(); // 스텍에 names 라는 참조값만 실제 값은 Heap에 저장된다. names.add("KIM"); names.add("LEE"); names.add("PARK'); }
2. 각 메모리 영역 역할
클래스로더
- 자바는 동적 로드, 즉 컴파일 타임이 아니라 런타임에 클래스를 처음으로 참조할 때 해당 클래스를 로드하고 링크하는 특징이 있다. 이 동적 로드를 담당하는 부분이 JVM 클래스 로더이다.
런타임 데이터 영억
- JVM이 OS위에서 실행되면서 할당받는 메모리 영역이 바로 런타임 데이터 영역이다. 이 영역은 6가지 영역으로 나눌 수 있다.
이 중 PC Register, JVM Stack, Native Method Stack은 스레드마다 하나씩 생성되며 Heap, Method Area는 모든 스레드가 공유해서 사용한다.
- PC Register
- PC Register는 현재 수행중인 명령의 주소를 가지고 스레드가 시작될 때 생성되며 각 스레드마다 하나씩 존재한다.
- JVM Stack
- 스텍 프레임 구조체를 저장하는 스택이다.
- 에외 발생 시 printStackTrace() 메서드로 보여주는 Stack Track각 라인 하나가 스텍 프레임을 표현한다.
- JVM 스택 역시 PC Register와 마찬가지로 스레드가 시작될 때 생성되며 각 스레드마다 하나씩 존재한다.
- 지역변수 리턴정보 등등
- Native Method Area
- JAVA 외의 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 스택이다.
- JAVA Native Interface를 통해 호출하는 C/C++등의 코드를 수행하기 위한 스택으로, 언어에 맞게 스택이 생성된다.
- Heap
- 인스턴스 또는 객체를 저장하는 공간으로 GC의 대상이다.
- 런타임중에 데이터가 동적으로 할당되는 곳
- JVM성능 등의 이슈에서 가장 많이 언급되는 공간으로 힙 구성 방식이나 GC 방법 등은 JVM 벤더들의 재량이다.
- Method Area
- 모든 스레드가 공유하는 영역으로 JVM이 시작될 때 생성된다.
- JVM이 읽어 들인 각각의 클래스와 인터페이스에 대한 런타임 상수 풀, 필드왜 메서드에 대한 정보, Static 변수, 메서드의 바이트코드 등을 보관한다.
- Runtime Constant Pool
- JVM 동작에서 가장 핵심적인 역할을 수행하는 곳으로 JVM 명세에서도 따로 중요하게 기술한다.
- 각 클래스와 인터페이스의 상수 뿐만 아니라, 메서드와 필드에 대한 모든 래퍼런스까지 담고 있는 테이블이다.
- 어떤 메서드나 필드를 참조할 때 JVM은 런타임 상수 풀을 통해 해당 메서드나 필드의 실제 메모리상 주소를 찾아서 참조한다.
실행엔진
- 클래스 로더를 통해 런타임 데이터 영역에 배치된 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
- 바이트 코드의 각 명령어는 1바이트 크기의 OpCode와 추가 피연산자로 이루어져 있다.
- 실행엔진은 하나의 OpCode를 가져와서 피연산자와 작업을 수행한 다음 그 다음 OpCode를 수행한다.
- 이 과정에서 두가지 방법이 존재한다.
- 인터프리터
- 바이트 코드 명령어를 하나씩 읽고 해석하고 실행한다. 하나하나의 해석은 빠르지만 전체적인 실행 속도는 느리다는 단점이 있다.
- JVM 안에서 바이트코드는 기본적으로 인터프리터 방식으로 동작한다.
- JIT 컴파일러
- 인터프리터의 단점을 보완하기 위해 바이트 코드 전체를 컴파일하여 네이티브 코드로 변경하고 이후에는 해당 메서드를 더이상 인터프리팅 하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식이다.
- 실행 속도는 인터프리팅 방식보다 빠르다.
CH2 - 자바는 콜바이 벨류인가 래퍼런스인가?
call by value 메모리 할당
class A{ int value; A(int i){ this.value = i; } } public class Main { public static void main(String[] args) { A a1 = new A(100); A a2 = new A(200); run(a1, a2) } public static void run(A arg1, A arg2) { A aaa = new A(500); arg2 = aaa; sout } }
A a1 = new A(100); A a2 = new A(200);
- run 메서드를 통해 매개변수를 전달 받으면 같은 주소 값을 “복사”하여 “독자”적으로 가지게 된다.
- 즉 주소 값을 “복사”하여 가져가는 call by value 방식이다.
run(a1, a2);
- arg1을 통해 값을 변경한다면 arg1이 가지고 있는 주소 값을 통해 객체의 값을 변경하게 된다.
arg1.value = 333; arg2 = arg1
- arg2에 arg1의 값을 저장해도 run 메서드 내에 존재하는 arg2가 arg1이 가진 주소값을 복사하여 저장하는 것 뿐 a2와는 독립되기 때문에 변경되지 않는다.
arg2 = arg1;
즉 주소의 값을 복사하여 독자적으로 가져가기 때문에 전달 방식이 call by value이다 !
CH3 - 클래스로더 동작원리
1. 클래스 로더 (Class loader)
- 자바는 동적 로드, 즉 컴파일 타임이 아니라 런타임에 클래스를 처음으로 참조할 때 해당 클래스를 로드하고 링크하는 특징이 있다.
- 이 동적 로드를 담당하는 부분이 JVM 클래스 로더이다.
여기서 특징은 자바를 실행 하면 클래스들을 한번에 전부 로드하지 않는다 ! 낭비이기 때문에 그때그때 실행을 하면서 필요한 것들만 클래스 로더가 가져온다. 실행엔진이 실행하다가 클래스가 필요하면 클래스 로더에게 요청을하고 클래스 로더는 클래스를 로드해서 응답해준다.
1-1 계층구조
* 부트스트랩 클래스 로더
* 최상위 클래스로더 유일하게 JAVA가 아니라 네이티브 코드로 구현이 되어있다.
* JVM이 실행될 때 같이 메모리에 올라간다.
* Object 클래스를 비롯하여 JAVA API들을 로드한다.
- 익스텐션 클래스 로더
- 기본 JAVA API를 제외한 확장 클래스들을 로드한다. (다양한 보안 확장기능 로드)
- 시스템 클래스 로더
- 부트스트랩과 익스텐션 클래스로더가 JVM 자체의 구성요소들을 로드한다면, 시스템 클래스 로더는 애플리케이션의 클래스들을 로드한다.
- 사용자가 지정한 $CLASSPATH 내의 클래스들을 로드한다.
- 사용자 정의 클래스 로더
- 애플리케이션 사용자가 직접 코드상에서 생성하여 사용하는 클래스로더
2. 클래스 로드의 과정
- 로딩 : .class 파일을 jvm 메모리에 로드하는 과정이다 !
- 링킹 :
- 검증 : 바이트코드가 제대로 자바에 규칙을 따르고 있는지 검증 !
- 준비 : 클래스가 필요로하는 메모리 양이 미리 할당을 해둔다 !
- 분석 : 클래스가 참조하는 객체에 대해 실제 메모리 주솟값을 대입하게 된다.
- 초기화 : 클래스 안에 스테틱 변수가 있겠지? 그럼 그 변수의 값을 할당을 하고 초기화 시키는 단계이다.
3. 클래스 로드 요청 과정
- 캐시에 해당 클래스가 있는지 확인을 한다.
- 캐시란 미리 불러온 것들을 저장하는 것을 의미 즉 이미 불러온 클래스가 있는지 확인
- 상위 클래스 로더에서 확인을한다. 해당 클래스를 가져온게 있는지 없으면 하위클래스 없으면 본인 클래스 로더에서 가져오게 된다.~~