JVM 메모리 구조

메소드 영역

JVM 이 읽어들인 각각의 클래스와 인터페이스에 대한 런타임 정보, static 변수, 메소드 바이트코드 저장.  JVM당 1개의 영역이 있으며 이는 공유된다.

힙영역

인스턴스 또는 객체를 저장. GC 대상으로 JVM 성능에 대한 이슈가 가장 많이 언급. JVM 당 하나의 영역만 존재하며 공유한다.

스택영역

모든 스레드에 대해 JVM은 여기에 저장된 하나의 런타임 스택을 만들게 된다. 이 스택을 활성화 레코드 / 스택프레임이라고 한다.
해당 메소드의 모든 로컬 변수는 프레임에 저장된다. 스레드가 종료된 후에는 런타임 스택이 JVM 에 의해 삭제된다. 공유되지 않는다.

PC 레지스터

각 스레드 마다 존재하며, 스레드 시작시에 생성. JVM 이 수행할 명령어의 주소를 저장.

스레드의 현재 실행 명령의 주소를 저장한다. 각 스레드는 별도의 PC 레지스터를 보유한다.

원시 메소드 스택

Java Native interface 호출 및 종료시 생성. 바이트코드가 아닌, 기계어로 작성된 코드 실행.

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여기서 '단위'라는 구분 단계를 추가한 이유는 스팩에도 per-class, per-thread 라는 표현이 나오기 때문인데, 여기에서의 '단위'는 생명주기와 생성 단위를 의미한다.
JVM 단위에 속하는 힙과 메서드 영역은 JVM이 시작될 때 생성되고, JVM이 종료될 때 소멸되며, JVM 하나에 힙 하나, 메서드 영역도 하나가 생성 된다.
마찬가지로 클래스 단위에 속하는 런타임 상수 풀은 클래스가 생성/소멸될 때 함께 생성/소멸되며, 클래스 하나에 런타임 상수 풀도 하나가 생성 된다.
스레드 단위에 속하는 PC 레지스터, JVM 스택, 네이티브 메서스 스택도 스레드가 생성/소멸될 때 함께 생성/소멸되며, 스레드 하나에 PC 레지스터, JVM 스택, 네이티브 메서드 스택도 각 하나씩 생성된다.

예제 코드

HelloWorld 수준의 단순한 소스 코드다. 힙에서 객체가 생성되는 것을 확인하기 위해서 Hello 인스턴스를 만들고 무한 루프로 프로그램의 종료를 일부러 막아둔 코드다.

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {        
                final Hello hello = new Hello();        
                System.out.println(hello.helloMessage());
        while (true) {}    
        }    

        public String helloMessage() {
        return "Hello, JVM";    
        }
}

컴파일된 바이트 코드

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javap -v -p -s homo/efficio/jvm/sample/Hello.class

$ /c/Program\ Files/Java/jdk-11.0.2/bin/javap -v -p -s homo/efficio/jvm/sample/HelloClassfile /C:/gitrepo/scratchpad/java-jvm-scratchpad/out/production/java-jvm-scratchpad/homo/efficio/jvm/sample/Hello.class
Last modified 2019. 1. 30.;
size 741 bytes  MD5 checksum 675e63b96993dc5e661d6566467d92d3  Compiled from "Hello.java"public class homo.efficio.jvm.sample.Hello  minor version: 0  major version: 55  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER  this_class: #2                          
// homo/efficio/jvm/sample/Hello  super_class: #8
// java/lang/Object  interfaces: 0, fields: 0, methods: 3, attributes: 1Constant pool:   #1 = Methodref          #8.#26         
// java/lang/Object."<init>":()V   #2 = Class              #27            
// homo/efficio/jvm/sample/Hello   #3 = Methodref          #2.#26         
// homo/efficio/jvm/sample/Hello."<init>":()V   #4 = Fieldref           #28.#29        
// java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;   #5 = Methodref          #2.#30         
// homo/efficio/jvm/sample/Hello.helloMessage:()Ljava/lang/String;   #6 = Methodref          #31.#32        
// java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V   #7 = String             #33            
// Hello, JVM   #8 = Class #34            
// java/lang/Object   #9 = Utf8 <init>  #10 = Utf8 ()V  #11 = Utf8 Code  #12 = Utf8 LineNumberTable  #13 = Utf8 LocalVariableTable  #14 = Utf8 this  #15 = Utf8 Lhomo/efficio/jvm/sample/Hello;  #16 = Utf8 main  #17 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V  #18 = Utf8 args  #19 = Utf8 [Ljava/lang/String;#20 = Utf8 hello  #21 = Utf8 StackMapTable  #22 = Utf8 helloMessage  #23 = Utf8 ()Ljava/lang/String;  #24 = Utf8 SourceFile  #25 = Utf8 Hello.java  #26 = NameAndType #9:#10 
// "<init>":()V  #27 = Utf8 homo/efficio/jvm/sample/Hello  #28 = Class #35 
// java/lang/System  #29 = NameAndType #36:#37 
// out:Ljava/io/PrintStream;  #30 = NameAndType #22:#23 
// helloMessage:()Ljava/lang/String;  #31 = Class #38 
// java/io/PrintStream  #32 = NameAndType #39:#40 
// println:(Ljava/lang/String;)V  #33 = Utf8 Hello, JVM  #34 = Utf8 java/lang/Object  #35 = Utf8 java/lang/System  #36 = Utf8 out  #37 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;  #38 = Utf8 java/io/PrintStream  #39 = Utf8 println  #40 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V{  public homo.efficio.jvm.sample.Hello(); descriptor: ()V flags: (0x0001) ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 
// Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 3: 0 LocalVariableTable: Start  Length  Slot  Name Signature 0 5 0  this   Lhomo/efficio/jvm/sample/Hello;  public static void main(java.lang.String[]);    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V    flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=2, args_size=1 0: new #2 
// class homo/efficio/jvm/sample/Hello 3: dup 4: invokespecial #3 
// Method "<init>":()V 7: astore_1 8: getstatic #4 
// Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 11: aload_1 12: invokevirtual #5 
// Method helloMessage:()Ljava/lang/String; 15: invokevirtual #6 
// Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 18: goto 18 LineNumberTable: line 6: 0 line 7: 8 line 8: 18 LocalVariableTable: Start  Length  Slot  Name Signature 0 21 0  args [Ljava/lang/String; 8 13 1 hello Lhomo/efficio/jvm/sample/Hello; StackMapTable: number_of_entries = 1 frame_type = 252 /* append */ offset_delta = 18 locals = [ class homo/efficio/jvm/sample/Hello ]  public java.lang.String helloMessage(); descriptor: ()Ljava/lang/String; flags: (0x0001) ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: ldc #7 
// String Hello, JVM 2: areturn LineNumberTable: line 12: 0 LocalVariableTable: Start  Length  Slot  Name Signature 0 3 0 this Lhomo/efficio/jvm/sample/Hello;}SourceFile: "Hello.java"