JVM(Java Virtual Machine)

JVM(Java Virtual Machine)이란 자바 프로그램이 실행되는 가상 머신입니다. 자바 언어는 특정한 OS(리눅스 및 윈도우 등)에 종속되지 않고 여러 플랫폼에서 실행될 수 있도록 고안되었는데 이것을 가능하게 해주는 핵심적인 요소가 JVM입니다.

Java Virtual Machine은 자바 애플리케이션을 실행하기 위한 환경을 제공하며, 자바 소스 코드를 컴파일하여 바이트 코드로 변환하고 이를 실행합니다. 이렇게 변환된 바이트 코드는 JVM에서 실행되며, JVM은 해당 플랫폼에 맞게 이를 해석하고 실행합니다.

기본적으로 자바 가상 머신(JVM)은 다른 프로그램을 실행하는 것이 목적인 프로그램입니다.

바이트 코드란?

바이트코드(Bytecode, portable code, p-code)는 특정 하드웨어가 아닌 가상 컴퓨터에서 돌아가는 실행 프로그램을 위한 이진 표현법이다. 하드웨어가 아닌 소프트웨어에 의해 처리되기 때문에, 보통 기계어보다 더 추상적이다.

역사적으로 바이트코드는 대부분의 명령 집합이 0개 이상의 매개 변수를 갖는 1바이트 크기의 명령 코드(opcode)였기 때문에 바이트코드라 불리게 되었다. 바이트코드는 특정 하드웨어에 대한 의존성을 줄이고, 인터프리팅도 쉬운 결과물을 생성하고자 하는 프로그래밍 언어에 의해, 출력 코드의 한 형태로 사용된다.
출처: 위키피디아 바이트코드

✅ JVM의 4가지 기본 기능

크게 2가지 기본 기능을 생각할 수 있습니다.

바이트 코드 실행
자바 컴파일러에 의해 생성된 바이트 코드(.class 파일)를 실행하는 역할을 합니다. 이러한 바이트 코드는 JVM에서 실행되며, JVM은 해당 플랫폼에 맞게 해석하고 실행합니다.
메모리 관리
메모리 할당 및 해제, 가비지 컬렉션(Garbage Collection)을 통한 메모리 관리를 담당합니다. 이를 통해 자바 프로그램에서 사용되는 메모리를 효율적으로 관리하고 최적화 할 수 있습니다.
예외 처리
자바 프로그램에서 발생하는 예외 상황을 처리하고 관리합니다. 이는 프로그램이 예기치 않은 상황에 대처할 수 있도록 도와줍니다.
스레드 관리
다중 스레드를 관리하고 스레드 스케줄링을 수행하여 자바 프로그램에서의 병렬 처리를 지원합니다.

✅ 가비지 컬렉션(Garbage collection)

가비지 컬렉션(Garbage Collection)은 프로그래밍 언어에서 동적으로 할당된 메모리 중에서 더 이상 사용되지 않는 메모리를 자동으로 식별하고 해제하는 프로세스를 말합니다. 주로 메모리 누수(memory leak)를 방지하고 프로그램의 메모리 관리를 지원하기 위해 사용됩니다.

프로그래밍 언어에서는 메모리를 할당하고 사용한 뒤 해제하는데, 때로는 사용하지 않는 메모리를 명시적으로 해제하지 않을 수 있습니다. 이 때 사용하지 않는 메모리 영역이 계속해서 쌓이면 메모리 누수가 발생할 수 있습니다. 가비지 컬렉션은 이러한 문제를 방지하기 위해 사용되며, 자동으로 더 이상 필요하지 않은 메모리를 확인하고 회수합니다.

자바의 JVM은 프로그램의 메모리 관리를 담당합니다. 프로그램 실행 중에 메모리 할당과 해제, 효율적인 자원 사용을 위한 가비지 컬렉션 등을 수행합니다. 프로그래머는 일반적으로 실행 중인 Java Virtual Machine과 상호 작용하여 메모리 사용량을 확인하고 Java Virtual Machine의 메모리 설정을 조정하여 성능을 최적화 합니다.

이전에는 C++과 같은 언어에서 프로그래머가 메모리 관리를 직접 처리해야 했지만, 자바에서는 Java Virtual Machine이 이를 대신합니다.Java Virtual Machine은 실행 중인 Java Virtual Machine 프로그램에서 사용되지 않는 메모리를 식별하고 가비지 컬렉션을 통해 해당 메모리를 자동으로 회수합니다.

초기에 자바는 성능 면에서 C++에 비해 떨어진다는 비판을 받았는데, 이는 가비지 컬렉션과 메모리 관리 때문이었습니다. 그러나 시간이 지나면서 가비지 컬렉션 알고리즘과 접근 방식이 계속 발전하여 성능이 향상되었습니다.

이러한 발전은 자바 뿐만 아니라 다른 현대 언어에서도 자동 메모리 관리를 통해 소프트웨어 개발을 훨씬 편리하게 만들었습니다. JavaScript나 Python과 같은 다른 언어에서도 자동 메모리 관리가 흔히 사용되고 있습니다.