Java 메모리 - (1) Java 메모리 구조

Java 메모리 구조

 

Java 애플리케이션을 개발할 때, 메모리를 잘 아는 것은 중요합니다. 메모리에 어떻게 코드가 적재되는지 이해해야 코드를 최적화할 수 있고 코드 에러를 피할 수 있습니다.

 

메모리 관리가 잘 되지 않는 프로그램은 서비스 속도 저하에서부터 심하게는 서버 불능 상태에 이르기도 합니다.

 

한정된 자원에서 효율적으로 메모리를 사용하여 성능 향상도 가능합니다.

 

 

Method Area(Static Area)

 

• JVM이 구동될 때 생성되며 모든 스레드가 공유하는 영역
• JVM 구동 중 사용될 클래스 파일을 읽고 클래스 별로 runtime constant pool(런타임 상수 풀), field data(필드 데이터), method data(메서드 데이터), constructor(생성자) 등을 저장

 

1. 필드 정보 : 멤버 변수 이름, 데디터 타입, 접근 제어자 등의 정보
2. 메서드 정보 : 메서드 이름, 리턴 타입, 매개변수, 접근 제어자 등의 정보
3. 상수 풀(String Constant Pool)
   • Type에서 사용된 상수를 저장하는 곳(중복이 있을 시 기존의 상수 사용)
   • 문자 상수, 타입, 필드, Method reference도 상수 풀에 저장
   • final class 변수의 경우에도 상수 풀에 값 복사
4. Static 변수
   • 모든 객체가 공유할 수 있고, 객체 생성없이 접근 가능
5. 프로그램 종료까지 메모리에 상주
6. Static 영역 데이터는 프로그램 시작 ~ 종료시까지 메모리에 남아있습니다.
   • 장점 : 프로그램이 종료될 때까지 어디서든 사용이 가능
   • 단점 : 무분별하게 많이 사용하다보면 메모리가 부족

 

 

Stack

 

• JVM Stack 영역은 스레드가 실행될 때 할당됩니다. (스레드마다 하나씩 존재)
• JVM Stack은 메서드를 호출 시, 프레임(Frame)을 추가(Push)하고, 메서드가 종료되면 해당 프레임을 제거(pop)합니다.
• 실행 순서에 따라 생성되고 소멸됩니다. (Last In First Out(LIFO) 구조)

 

애플리케이션이 동작할 때, 프로그램은 메모리에 올라가게 됩니다. JVM에서는 스레드 1개당 독립적인 Stack 공간이 할당됩니다. 아래와 같은 코드가 있을 때, Stack에 코드가 어떻게 적재되어 있는지 알아봅시다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int val = 1;
        val = calculate(value);
        System.out.println(val);
    }
    public static int calculate(int data) {
        int tmp = data + 2;
        int newData = tmp * 2;
        return newData;
    }
}

// 결과 : 6

이 코드에서 Stack 상태는 아래와 같습니다.

이 상태는 calculate() 메서드가 호출되었을 때이며, calculate() 메서드가 결과 값을 return 하게 되면 이 메서드에서 사용한 tmp와 newData 값은 Stack에서 pop됩니다.

따라서 결국엔 calculate() 메서드에서 return된 newData의 값 20이 val에 새롭게 저장되어 아래와 같은 Stack 상태가 됩니다.

또한, val과 args는 main() 메서드 안에 존재하는 값이므로, main() 메서드가 종료되는 시점에 모든 값이 Stack에서 pop되어 Stack은 완전히 비게 됩니다.

 

 

Heap

 

• 객체 배열이 생성되는 영역
• 해당 영역에 생성된 객체와 배열은 JVM Stack 영역의 변수나 다른 객체의 필드에서 참조합니다.
• 만약, 참조하는 변수나 필드가 없으면 JVM이 Garbage Collector를 실행하여 해당 객체를 제거합니다.

 

1. 객체(인스턴스 - new 연산자로 생성된 객체)가 저장되는 영역
2. 프로그램 실행 중 생성되는 모든 객체는 Heap 영역에 동적으로 할당
   • Garbage Collector를 통해 메모리 반환
3. 참조형(Reference Type) 데이터 타입을 갖는 객체(인스턴스), 배열 등은 Heap 영역에 데이터가 저장됩니다.
   (실제 데이터가 저장된 Heap 영역의 참조값(reference value, 해시코드 / 메모리에 저장된 주소를 연결해주는 값)을 저장)

 

Heap은 Stack과 다르게 프로세스 전역에서 공유하는 공간입니다. Java의 모든 객체들은 Heap 영역에 저장됩니다.(기본 자료형은 Stack에 저장됩니다.)

int num = 1;
String str = "java";

이 코드에서 Stack과 Heap의 상태를 보면 다음과 같습니다.

 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("one");
        list.add("two");
        list.add("three");
    }
}

좀 더 복잡한 위의 코드로 Java 메모리 할당 과정을 알아보겠습니다.

 

 

결과적으로,

1. 객체는 Heap 영역에 저장되고, 객체를 참조하는 변수는 Stack 영역에 저장됩니다.
2. 또한, 지역 변수는 Stack에 저장됩니다.