JVM 구성과 동작원리, JAR와 WAR

JDK, JRE, 그리고 JVM 차이

JVM은 자바 바이트 코드를 실행시키는 Java Virtual Machine(JVM)이다. 그래서 단순히 JVM 단독으로는 Java 코드를 컴파일할 수 없다. JRE는 컴파일된 클래스 파일과 라이브러리가 포함된 Java Runtime Environment(JRE)이다. JRE는 .class 파일의 모음이고 이를 실행만 할 수 때문에 JVM과 마찬가지로 Java 코드를 컴파일할 수 없지만, jar 파일을 실행할 수 있다. (java -jar sol-was.jar) JDK는 .java 파일을 bytecode 파일로 컴파일하는 javac가 있어서 JDK로는 java 파일을 컴파일 할 수 있다. JVM은 javac가 컴파일한 바이트코드를 바탕으로 프로그램을 실행시킨다.

JAR과 WAR의 차이

JAR 파일은 웹 애플리케이션 서버의 도움 없이 스스로 웹 애플리케이션을 실행시킬 수 있고 가벼운 파일이다. 하지만, 한 애플리케이션 서버에서 여러 애플리케이션을 실행시키려면 WAR로 실행시켜야한다. WAR 파일은 웹 애플리케이션을 패키징하고 배포하는데 사용되는 JAR 파일의 한 종류로 볼 수 있다. 그래서 WAR에는 웹 애플리케이션 자원(JSP, servlets, ...)이 포함되어있다.

정리하면 JAR 파일은 독립적인 Java 애플리케이션이나 라이브러리를 패키징하고 배포하는데 사용되고, java 프로그램으로 실행시킬 수 있다. WAR 파일은 웹 애플리케이션을 실행시키기 위한 여러 컴포넌트가 들어있고, 이를 실행시키려면 웹 서버가 따로 있어야한다. JAR과 달리 혼자서 실행될 수 없다.

JVM 구성

JVM은 크게 Class Loader, Runtime Data Area(JVM 메모리), Execution Engine(JVM 엔진)으로 구성됐다.

Class Loader 적재자

javac로 컴파일 완료된 Bytecode(.class)는 Class Loader로 전달된다. Class Loader는 필요한 클래스의 Bytecode만 Runtime Data Area로 적재한다. 이를 동적 로딩(Dynamic Loading)이라 한다.

Runtime Data Area 적재된 곳

JVM은 JavaScript의 V8 엔진과 비슷하게 힙과 스택을 가지고 있다. Runtime Data Area는 JVM 메모리로 Class Loader가 필요한 클래스의 Bytecode를 적재한 곳이다.

공유 영역
- Heap : Garbage Collection의 대상
- Method : 전역변수, static 변수 등 (프로그램이 끝날 때까지 생존)
Thread 영역
- Stack : 지역변수, 파라미터, 리턴값 등이 저장
- PC Register : thread 고유 주소 및 명령 저장
- Native Method Stack

Execution Engine 적재된 Bytecode 실행

JVM 엔진은 Runtime Data Area에 적재된 Bytecode를 실행하거나 컴파일하여 저장해놓거나 Garbage Collection을 수행한다.

인터프리터 : Bytecode를 즉시 읽어들여 동작하는 방식
JIT 컴파일러 : 실행이 잦은 Bytecode -> 기계어로 미리 컴파일해놓는 것
Garbage Collection : 힙 메모리가 터지지 않도록 적재된 데이터를 정리

Runtime Data Area의 힙 영역 구성

Young/New Generation
- Minor GC 대상, 짧은 주기로 GC 수행
- 실행시킬 때 -Xmm 옵션을 통해 Minor GC의 청소 주기를 정함
- Eden, Survivor 1 (S1), Survivor 2 (S2) 영역으로 나뉨
- Eden부터 S2까지 자주 쓰이는 것만 살아남아서 이동하게된다.
Old/Tenured Generation
- Major GC 대상, Minor GC 보다 긴 주기로 GC 수행
- Old 영역 존재
- 실행시킬 때 -Xms, -Xmx 옵션을 통해 Major GC의 청소 주기를 정함
Permanent Generation
- Class, Method 등의 코드가 저장되는 영역

객체가 한번 생성되고 계속 힙 메모리에 남아있다면 Old Generation 부분이 꽉차서 메모리 초과 문제가 발생할 수 있다. 그래서 엔터프라이즈 단위 프로그램은 GC 튜님도 하지만 객체 생성과 제거를 꼭 신경쓴다고 한다.

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