JVM 구조에 대해서 설명해주세요

JVM은 .class 파일을 받아 운영체제에서 실행할 수 있는 기계어로 변환하는 가상 머신입니다.

클래스 로더 서브시스템은 .class 파일을 메모리에 올리고, 런타임 데이터 영역은 실행 중 모든 데이터를 저장하며, 실행 엔진은 바이트코드를 실제로 실행합니다. 이 세 부분이 유기적으로 협력해 "Write Once, Run Anywhere"를 실현합니다.

아래에서 JVM 전체 구조를 직접 탐색해 보세요.

.class 파일을 메모리에 올리는 클래스 로더는 로딩 → 링킹 → 초기화 순서로 동작합니다.

중요한 것은 부모 위임 모델(Parent Delegation Model)입니다. 클래스 로드 요청이 오면 자식 로더는 부모에게 먼저 위임합니다. Bootstrap → Extension → Application 순으로 시도하고, 부모가 못 찾을 때만 자식이 직접 로드합니다. 덕분에 커스텀 java.lang.String으로 핵심 클래스를 덮어쓰는 공격을 원천 차단합니다.

클래스 로드 요청의 위임 흐름을 직접 시뮬레이션해 보세요.

JVM의 메모리는 스레드 공유 영역과 스레드 독립 영역으로 나뉩니다.

Heap은 객체를 저장하는 GC 대상 영역이고, Metaspace는 클래스 메타데이터와 static 변수를 저장합니다. Java 8부터 PermGen(고정 크기)이 Metaspace(네이티브 메모리, 동적 확장)로 교체되었습니다. Stack은 스레드마다 독립적으로 메서드 호출마다 스택 프레임이 생성·소멸됩니다.

각 메모리 영역에 데이터가 어떻게 저장되는지 확인해 보세요.

메서드가 호출될 때마다 Stack에 스택 프레임이 생성되고, 반환되면 제거됩니다. 스택 프레임은 Local Variable Array(파라미터·지역 변수), Operand Stack(연산 작업 공간), Frame Data(상수 풀 참조·반환 주소)로 구성됩니다.

재귀 호출이 너무 깊어지면 스택 프레임이 무한 생성되어 StackOverflowError가 발생합니다. 이는 Heap이 아닌 Stack 영역 고갈이므로 OutOfMemoryError: Java heap space와 완전히 다른 문제입니다.

메서드 호출 시 스택 프레임 생성·소멸 과정을 직접 시뮬레이션해 보세요.

실행 엔진은 인터프리터와 JIT 컴파일러를 조합합니다. 인터프리터는 바이트코드를 한 줄씩 해석해 즉시 실행하므로 시작은 빠르지만 반복 실행 시 느립니다.

JIT 컴파일러는 10,000번 이상 실행된 Hot Code를 감지해 전체를 네이티브 코드로 컴파일하고 캐시합니다. HotSpot JVM은 C1(빠른 컴파일) → C2(공격적 최적화) 2단계 JIT를 사용합니다.

인터프리터와 JIT 컴파일러의 성능 차이를 시뮬레이션해 보세요.