JVM의 메모리 구조

JVM이란?

Java Virtual Machine의 줄임말.
직역하면 '자바를 실행하기 위한 가상 기계(컴퓨터)'라고 할 수 있다.
Java 는 OS에 종속적이지 않다는 특징을 가지고 있다. OS에 종속받지 않고 실행되기 위해서 OS 위에서 Java 를 실행시키는 것이 바로 JVM이다.
즉, OS에 종속받지 않고 CPU 가 Java를 인식, 실행할 수 있게 하는 가상 컴퓨터이다.

응용프로그램이 실행되면, JVM은 시스템으로부터 프로그램을 수행하는데 필요한 메모리를 할당받고 JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다.
그 중 3가지 주요 영역에 대해 알아볼 것이다.

1. 메서드 영역(method area)

프로그램 실행 중 어떤 클래스가 사용되면, JVM은 해당 클래스의 클래스파일(*.class)을 읽어서 분석하여 클래스 대이터를 메서드 영역에 저장한다. 이때, 그 클래스의 클래스변수도 이 영역에 함께 생성된다.

2. 힙(heap)

인스턴스가 생성되는 공간이다. 프로그램 실행 중 생성되는 인스턴스는 모두 이곳에 생성된다. 즉, 인스턴스변수들이 생성되는 공간이다.

• “new”연산자로 생성된 객체와 배열을 저장
• 주로 실행시간에 생성되는 객체를 저장
• 런타임시에 결정될 데이터 저장
• GC(Garbage Collection)으로 관리되는 영역

3. 호출스택(call stack 또는 execution stack)

호출스택은 메서드의 작업에 필요한 메모리 공간을 제공한다. 메서드가 호출되면, 호출스택에 호출된 메서드를 위한 메모리가 할당되며, 이 메모리는 메서드가 작업을 수행하는 동안 지역변수(매개변수 포함)들과 연산의 중간결과 등을 저장하는데 사용된다. 그리고 메서드가 작업을 마치면 할당되었던 메모리공간은 비워진다.

호출스택의 특징

• 메서드가 호출되면 수행에 필요한 만큼의 메모리를 스택에 할당받는다.
• 메서드가 수행을 마치고나면 사용했던 메모리를 반환하고 스택에서 제거된다.
• 호출스택의 제일 위에 있는 메서드가 현재 실행중인 메서드이다.
• 아래에 있는 메서드가 바로 위의 메서드를 호출한 메서드이다.

호출스택의 과정을 확인해보자.

class CallStackTest {
  public static void main(String[] args) {
    firstMethod(); // static메서드는 객체 생성없이 호출가능하다.
  }
  static void firstMethod() {
    secondMethod();
  }
  static void secondMethod() {
    System.out.println(“secondMethod()”);

  }
}

결과값

secondMethod()

1. JVM에 의해서 main메서드가 호출되면서 프로그램이 시작된다.
2. 이 때, 호출스택에는 main메서드를 위한 메모리공간이 할당되고 main메서드의 코드가 수행되기 시작한다.
3. main메서드에서 firstMethod가 수행되면서 main메서드는 대기 상태가 된다.
4. firstMethod가 대기 상태가 되면서 secondMethod가 수행되고 println메서드에 의해 ‘secondMethod()’가 화면에 출력된다.
5. 이후 secondMethod, fristMethod, main 순서대로 수행할 코드가 없으므로 종료되고 호출스택은 완전히 비워지면서 프로그램이 종료된다.

위의 과정을 이미지로 확인해보자.

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Reference

• Java의 정석- 남궁 성 지음