메모리 구조 및 특징

✏️ 개요

• 자바 프로그램이 실행되면, JVM은 OS로부터 메모리를 할당받고, 그 메모리를 용도에 따라서 여러 영역으로 나누어 관리한다.
  • JVM의 메모리 공간은 크게 정적 영역(Static or Method), 스택 영역, 힙 영역으로 구분되고, 데이터 타입(자료형)에 따라 각 영역에 나눠서 할당되게 된다.
• 컴퓨터의 메모리는 사용할 수 있는 공간이 한정되어 있다. 따라서 메모리 설계가 잘되어있는 프로그램에 비해 그렇지 않은 프로그램은 속도 저하 현상이나 튕김 등의 현상이 일어날 확률이 크다. 그래서 자바 애플리케이션에서 메모리를 효율적으로 사용하기 위한 메모리 구조와 특징에 대한 이해가 필요한 것이다.

🔎 JVM 구동 방식

1. 자바 컴파일러에 의해 자바 파일이 클래스 파일(바이트 코드)로 컴파일된다.
2. 클래스 로더가 클래스 파일을 로드한다.
3. 정적 영역에서 클래스 파일의 정보와 상위 클래스의 정보, 수정자-변수의 정보, 인터페이스인지-클래스인지 여부를 2진수로 로드한다.
4. 힙 영역에서 로드 후 JVM이 클래스 형식의 객체를 생성한다.
5. 실행 엔진에서 다양한 메모리에 존재하는 정보를 사용하여 .class 를 실행한다.

JVM 구동방식

📌 자바 변수의 종류

 변수의 선언된 위치에 따라서 클래스 변수, 인스턴스 변수, 지역변수, 매개변수로 나뉜다.

• 클래스 영역
  • 클래스 변수(static 변수)
  • 인스턴스 변수
    • 객체/ 인스턴스 생성만 하고, 참조 변수가 없는 경우에는 Garbage Collector에 의해 자동으로 제거된다.
• 메서드 영역
  • 지역 변수
  • 매개 변수

각 변수의 생성시기는 아래와 같다.

• 클래스 변수: 클래스가 메모리에 올라갈 때
• 인스턴스 변수: 인스턴스가 생성되었을 때
• 지역변수 / 매개변수: 위치하고 있는 메서드가 수행되었을 때

✅ 정적 영역(Static or Method)

• JVM이 동작해서 클래스가 로딩될 때 생성된다.
• JVM이 읽어들인 클래스와 인터페이스에 대한 런타임 상수 풀, 멤버 변수(필드), 클래스 변수(Static 변수), 상수(final), 생성자(constructor)와 메서드(method) 등을 저장하는 공간.

• static 변수와 메서드는 무조건 static 영역에 적재된다.
• 일반 인스턴스 변수인 Counter 클래스의 변수 state, count는 final 키워드가 붙었음에도 불구하고 정적 영역에 들어가지 않는다. (Heap에 들어감)

✅ Stack 영역

• 메서드 내에서 정의하는 기본 자료형에 해당되는 지역변수의 데이터 값이 저장되는 공간
  • primitive 타입의 데이터(Int, double, byte, long, boolean 등)에 해당되는 지역변수, 매개변수 데이터, 반환 값이 저장된다.
• 메서드가 호출될때 스택 영역에 스택 프레임이 생기고, 그 안에 메서드를 호출한다.
• 메서드 호출 범위가 종료되면 스택에서 제거된다.

• 매서드의 매개변수 args와 메서드 블록 안의 지역변수 a,b,result1이 담아진다.

✅ Heap 영역

• JVM이 관리하는 프로그램 상에서 데이터를 저장하기 위해 런타임 시 동적으로 할당하여 사용하는 영역
• 참조형 데이터 타입을 갖는 객체(인스턴스), 배열 등이 저장되는 공간
  • 단, Heap 영역 있는 오브젝트들을 가리키는 레퍼런스 변수는 statck에 적재된다.
• Heap 영역은 Stack 영역과 다르게 보관되는 메모리가 호출이 끝나더라도 삭제되지않고 유지된다. 
  • 그러다가 어떤 참조 변수도 Heap 영역에 있는 인스턴스를 참조하지 않게된다면, Garbage Collector에 의해 메모리에서 청소된다.
• 스택은 스레드 갯수마다 각각 생성되지만, 힙은 몇개의 스레드가 존재하든 상관없이 단 하나의 힙 영역만 존재한다.

🔎 동작 방식

1. 생성자 new Counter()를 호출한다.

• 생성자를 호출하면 힙 영역에 Counter 클래스 인스턴스 변수들이 저장되게 되고, stack 영역의 지역변수 sub에 주소값으로 연결되게 된다.

2. twice(sub) 메서드를 실행한다.

• 새로운 메서드를 실행하는 것이므로, 스택 영역에 새로운 스택 프레임이 생기게된다.
• 또한 arguments로 클래스를 전달하였기 때문에, twice()의 매개변수 c는 주소값으로 같은 힙 영역을 가리키게 된다.

🆚 힙과 스택 메모리의 차이점

• 힙 메모리는 애플리케이션의 모든 부분에서 사용되며, 반면에 스택 메모리는 하나의 스레드가 실행될때 사용된다.
• 언제든지 객체가 생성되면 항상 힙 공간에 저장되며, 스택 메모리는 힙 공간에 있는 객체를 참조한다.
  • 즉, 스택 메모리는 primitive 타입의 지역변수와 힙 공간에 있는 객체 참조 변수만 갖고있다.
• 스택 메모리 사이즈는 힙 메모리와 비교했을 때 매우 적다.

 

인용

https://inpa.tistory.com/entry/JAVA-%E2%98%95-%EA%B7%B8%EB%A6%BC%EC%9C%BC%EB%A1%9C-%EB%B3%B4%EB%8A%94-%EC%9E%90%EB%B0%94-%EC%BD%94%EB%93%9C%EC%9D%98-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EC%98%81%EC%97%AD%EC%8A%A4%ED%83%9D-%ED%9E%99

☕ 그림으로 보는 자바 코드의 메모리 영역(스택 & 힙)