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JVM에 대한 모든 것!!

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2011.12.23|79289

자바를 이용하여 개발하는 개발자라면 누구나 자바 바이트코드가 JRE 위에서 동작한다는 사실을 잘 알고 있습니다. 이 JRE에서 가장 중요한 요소는 자바 바이트코드를 해석하고 실행하는 JVM(Java Virtual Machine)입니다. JRE는 자바 API와 JVM으로 구성되며, JVM의 역할은 자바 애플리케이션을 클래스 로더(Class Loader)를 통해 읽어 들여서 자바 API와 함께 실행하는 것입니다.

가상 머신

가상 머신(virtual machine)이란 여러 가지로 정의할 수 있지만, 프로그램을 실행하기 위해 물리적 머신(즉, 컴퓨터)와 유사한 머신을 소프트웨어로 구현한 것을 말한다고 할 수 있다. 지금은 비록 빛이 바랜 목표이긴 하나 자바는 원래 WORA(Write Once Run Anywhere)를 구현하기 위해 물리적인 머신과 별개의 가상 머신을 기반으로 동작하도록 설계되었다. 그래서 자바 바이트코드를 실행하고자 하는 모든 하드웨어에 JVM을 동작시킴으로써 자바 실행 코드를 변경하지 않고도 모든 종류의 하드웨어에서 동작되게 한 것이다.

JVM의 특징은 다음과 같다.

• 스택 기반의 가상 머신: 대표적인 컴퓨터 아키텍처인 인텔 x86 아키텍처나 ARM 아키텍처와 같은 하드웨어가 레지스터 기반으로 동작하는 데 비해 JVM은 스택 기반으로 동작한다.
• 심볼릭 레퍼런스: 기본 자료형(primitive data type)을 제외한 모든 타입(클래스와 인터페이스)을 명시적인 메모리 주소 기반의 레퍼런스가 아니라 심볼릭 레퍼런스를 통해 참조한다.
• 가비지 컬렉션(garbage collection): 클래스 인스턴스는 사용자 코드에 의해 명시적으로 생성되고 가비지 컬렉션에 의해 자동으로 파괴된다.
• 기본 자료형을 명확하게 정의하여 플랫폼 독립성 보장: C/C++ 등의 전통적인 언어는 플랫폼에 따라 int 형의 크기가 변한다. JVM은 기본 자료형을 명확하게 정의하여 호환성을 유지하고 플랫폼 독립성을 보장한다.
• 네트워크 바이트 오더(network byte order): 자바 클래스 파일은 네트워크 바이트 오더를 사용한다. 인텔 x86 아키텍처가 사용하는 리틀 엔디안이나, RISC 계열 아키텍처가 주로 사용하는 빅 엔디안 사이에서 플랫폼 독립성을 유지하려면 고정된 바이트 오더를 유지해야 하므로 네트워크 전송 시에 사용하는 바이트 오더인 네트워크 바이트 오더를 사용한다. 네트워크 바이트 오더는 빅 엔디안이다.

자바는 썬 마이크로시스템스가 개발했지만, JVM 명세(The Java Virtual Machine Specification)를 따르기만 하면 어떤 벤더든 JVM을 개발하여 제공할 수 있다. 따라서 대표적인 오라클 핫스팟 JVM 외에도 IBM JVM을 비롯한 다양한 JVM이 존재한다. 안드로이드 스마트폰에 기본 탑재된 Dalvik VM은 JVM이긴 하지만 JVM 명세를 따르지는 않는다. 스택 머신인 다른 JVM과는 달리 Dalvik VM은 레지스터 머신이며, 따라서 독자적인 툴을 이용해 자바 바이트코드를 Dalvik VM용의 레지스터 기반 명령어 코드로 변환한다.

자바 바이트코드

WORA를 구현하기 위해 JVM은 사용자 언어인 자바와 기계어 사이의 중간 언어인 자바 바이트코드를 사용한다. 이 자바 바이트코드가 자바 코드를 배포하는 가장 작은 단위이다.

자바 바이트코드에 대해 설명하기 전에 한 가지 사례를 살펴 보자. 이 사례는 개발 과정에서 실제로 발생한 것을 변경, 요약한 것이다.