2장. 자바와 절차적/ 구조적 프로그래밍

자바를 실행하기 위한 도구들을 살펴보고, 자바를 구동하는 JVM 의 메모리 구조에서 우리가 실제 사용하는 코드는 어떻게 저장하고 있으며 관리하는지 살펴본다.

자바 프로그램의 개발과 구동 과정을 나타낼 때, JVM 의 존재와 역할을 아는 것이 자바 개발 환경을 이해하는 데 필수적인 요소이다.

• JDK(Java Development Kit): JVM 용 소프트웨어 개발 도구 -> Java 를 사용하기 위해 필요한 모든 기능을 갖춘 SDK이다.

• JRE(Java Runtime Environment): JVM 용 OS -> Java 프로그램과 운영 체제간의 통신을 위한 기술로, Java 관련 파일이 있는 디렉터리이다.

• JVM(Java Virtual Machine): 가상의 컴퓨터

JDK 가 JRE 를 포함하고, 다시 JRE 는 JVM 을 포함하는 형태로 배포된다.

자바가 이런 구조를 선택한 이유 기존 언어로 작성한 프로그램은 윈도우용, 리눅스용, 맥OS 용 등 각 플랫폼용으로 배포되는 설치 파일을 따로 준비해야 했던 불편함을 없애기 위해서이다.

• static: 전역 변수, 클래스

• stack: 호출 되는 메서드

• heap: 사용자 정의 객체

main() 메서드가 실행되기 전 JVM에서 수행하는 전처리 작업들

1. JRE 는 먼저 프로그램 안에 main() 메서드가 있는지 확인한다.
2. main() 메서드의 존재가 확인되면 JRE 는 프로그램 실행을 위한 JVM 에 전원을 넣어 부팅한다.
3. JVM 은 가장 먼저 java.lang 패키지를 static 영역에 가져다 놓는다.
4. JVM 은 개발자가 작성한 모든 클래스와 임포트 패키지 역시 static 영역에 가져다 놓는다.

여는 중괄호를 만나면 스택 프레임이 시작되는데, 여기서 만들어지는 스택 프레임은 메서드의 스택 프레임이 아니라 블록의 스택 프레임이 된다.

if 블록 중 참일 때의 블록을 종료하는 닫는 중괄호를 만나면 if 블록 스택 프레임은 스택 영역에서 사라진다. 이처럼 프레임을 별도로 관리하기 때문에 지역 변수를 활용할 수 있게 된다.

최종적으로 main() 메서드 스택 프레임을 소멸시키는 블록 마침 기호인 닫는 중괄호를 만나면 T 메모리 소멸, JVM 기동 중지, JRE 가 사용했던 자원을 운영체제에게 반납하며 시스템이 종료된다.

JVM 메모리 구조는 간단하게 세 개의 영역이 존재하며 스태틱 영역, 스택 영역, 힙 영역 중 변수는 어디에 저장되었을까? 모든 영역에 저장되며 서로 다른 목적을 갖고있다.

• 지역 변수: 스택 영역에 위치해 있으며 지역 변수를 닫는 소괄호가 실행되기 전 까지 존재한다.

• 클래스 멤버 변수: 스태틱 영역에 위치해 있으며 JVM 이 종료될 때 까지 고정된 상태로 존재한다.

• 객체 멤버 변수: 힙 영역에 위치해 있으며 객체와 함께 가비지 컬렉터라고 하는 메모리 회수기에 의해 제거되기 전 까지 존재한다.

서로 다른 스택 프레임에 존재하기 때문에 지역 변수에 있는 값을 확인할 수 없다. 하지만 자바는 왜 그렇게 불편하게 구성 했을까?

1. 메서드는 서로의 고유 공간이기 때문에 서로 침범하면 자바 전역에 문제를 발생시킬 수 있다. 이는 자바에서 객체의 값을 복사하는 원리인 Call By Value 를 어긋나게 된다.
2. 자바는 포인터가 없기 때문에, 위치를 명확히 알 수 없다.

멀티 스레드 는 JVM 메모리구조에서 스택 영역을 스레드 개수만큼 분할해서 쓰는 것이다.

• 하나의 JVM 메모리만 사용하는데 스택 영역만 분할해서 사용하는 구조이다.

• 스택 영역만 분할한 것이기 때문에 하나의 스레드에서 다른 스레드의 스택 영역에는 접근할 수 없지만 스태틱 영역과 힙 영역은 공유해서 사용하는 구조로, 멀티 프로세스 대비 메모리를 적게 사용할 수 있다.

멀티 프로세스 는 다수의 데이터 저장 영역, 즉 다수의 JVM 메모리 구조를 갖는 구조이다.

• 각 프로세스마다 각자의 JVM 메모리가 있고 각자 고유의 공간이므로 서로 참조할 수 없다

• 프로세스 간 메모리 영역을 침범할 수 없기 때문에 메모리 안전한 구조이지만 메모리 사용량은 그만큼 크다.

java.lang 패키지는 JVM 이 첫번째로 static 프레임에 저장하는 패키지이다.

• 그 외 import 패키지들은 두번째로 static 프레임에 저장한다.

메서드 스택 프레임은 호출되는 메서드, 메서드 시그니처의 지역 변수를 관리하며 내부에 {} 문법이 포함되는 지역 범위는 개별 프레임으로 관리한다.

• 스택 프레임에서 내부에 조건문이 존재한다면 프레임 안에 또 다른 프레임이 생성된다.

멀티 스레드 / 멀티 프로세스

• 멀티 스레드는 JVM 메모리 구조에서 스택 영역만 서로 다르고, 그 외에 스태틱과 힙 영역은 서로 공유하기 때문에 전역 변수를 사용할 경우 임계구역에 벗어나 의도하지 않은 값이 나올 수 있다.

• 멀티 프로세스는 프로세스 간 JVM 메모리 구조를 갖고 있으므로 서로 메모리를 공유할 수 없지만 이로인해 메모리를 그만큼 크게 사용한다.