[JVM 밑바닥까지 파헤치기] 8-1. 바이트코드 실행 엔진: 런타임

저우즈밍 님의 "JVM 밑바닥까지 파헤치기" 책을 정리한 포스팅 입니다

 

• 가상머신의 실행 엔진은 순수하게 소프트웨어로만 구현됨
• 명령어 집합의 구조와 실행 엔진을 물리적 제약 없이 원하는 대로 만들 수 있음

 

1. 스택 프레임

구성 요소	설명
메서드	- 자바 실행의 기본 단위 - 메서드 호출마다 스택 프레임 생성
스택 프레임	- JVM 스택에 생성되는 메서드 실행용 데이터 구조 - 실행 중인 메서드의 프레임이 항상 스택의 최상단

 

스택 프레임 구성 요소

항목	설명
지역 변수 테이블	- 메서드의 매개변수와 지역변수 저장 - 인덱스 기반 접근 (예: 0 = this, 1 = 첫 번째 매개변수) - 32비트 단위 슬롯 사용 (long, double은 2슬롯)
피연산자 스택	- JVM 명령어 실행 시 사용하는 임시 저장소 - 연산 결과 저장 - 32비트 단위로 구성됨 - 일부 구현에서는 지역 변수와 공유 영역 존재 (성능 최적화 목적)
동적 링크	- 외부 객체/메서드/필드 등의 심벌 참조 정보 - 런타임 상수 풀에 저장된 심벌을 직접 참조로 변환
반환 주소	- 메서드가 종료되면 호출 지점으로 돌아가기 위한 주소 정보 - PC에 의해 저장 및 복원

 

2. 메서드 호출

정적 해석

• 메서드 호출 시 컴파일 타임에 호출 대상 메서드가 확정됨

항목	설명
대상 메서드	static, final, private, super, constructor
실행 방식	심벌 참조 → 직접 참조로 변경됨 (컴파일 타임에 결정됨)
관련 명령어	invokestatic, invokespecial, invokeinterface, invokedynamic

 

디스패치

• 어떤 메서드를 실행할지 정하는 과정

구분	정적 디스패치	동적 디스패치
결정 시점	컴파일 타임	런타임
기준	참조 타입	실제 객체 타입
적용 대상	오버로딩	오버라이딩
대표 명령어	invokestatic, invokespecial 등	invokevirtual
다형성 지원	❌ (정적 결정)	✅ (실제 객체 기반 호출 결정)

 

메서드 테이블

• 클래스 로딩 시 생성되는 메서드 주소 테이블

항목	설명
역할	런타임에 동적 디스패치를 빠르게 처리하기 위한 자료구조
구성	오버라이딩된 메서드는 서브클래스에서 해당 슬롯을 덮어씀
참조 흐름	객체 → 클래스 → 메서드 테이블 → 실제 메서드 주소

 

3. 동적 타입 언어

• 타입 검사 과정이 런타임에 수행됨 (변수 타입은 값이 할당될 때 결정됨)
• 명확성과 간결성이 뛰어남
• 성능이 떨어짐

 

런타임 다형성

• 자바와 같은 정적 타입 언어에서도 런타임 다형성 지원함 

 

메서드 오버라이딩

• 컴파일 타임: 참조 변수로 호출 가능한 메서드 집합 선택
• 런타임: 실제 객체 타입에 따라 호출할 메서드 결정 (invokevirtual)

 

동적 타이핑

• 런타임의 실제 타입에 따라 행동이 결정됨

 

java.lang.invoke 패키지

• 심벌 참조만으로 호출 대상 메서드를 결정

클래스	설명
MethodHandle	특정 메서드에 대한 경량 참조 → 함수 포인터처럼 동작, 리플렉션보다 빠름
MethodType	메서드의 파라미터 타입 + 반환 타입 정의
CallSite	런타임에서 메서드 호출 지점을 동적으로 결정하기 위한 객체 실제 메서드 핸들을 바인딩

 

invokedynamic

• JVM에서 동적 메서드 호출을 지원하는 바이트코드 명령어

항목	설명
목적	자바가 아닌 동적 타입 언어(Python, JavaScript 등)도 JVM 위에서 효율적으로 실행 가능하도록 함
기능	호출할 메서드를 컴파일러가 아닌 사용자 코드가 런타임에 결정
구현 기반	java.lang.invoke의 CallSite, MethodHandle을 사용
대표 활용	- 람다 표현식 (Java 8) - 프록시 객체 생성 - JVM 기반 동적 언어(JRuby, Nashorn 등)