🌟 자바는 어떻게 메모리 관리를 하는가?

Java 메모리 구조

🤔 프로그래밍에서 메모리를 고려해야하는 이유?

작업관리자를 실행해보면 프로그램마다 차지하는 메모리를 확인해 볼 수 있습니다. 메모리가 점유율이 올라가면 메인드라이브에 가상메모리 영역을 설정하고 거기를 메모리처럼 씁니다. 이게 만약 HDD에 잡혀있으면 굉장한 성능저하를 불러일으키고 SSD도 저장장치의 엑세스속도 특성상 작업이 더디게 됩니다.
따라서 메모리 관리는 쾌적한 프로그래밍과 오버헤드를 최소화하고 성능을 극대화하기 위해 꼭 필요합니다.메모리 구조를 이해하고 적절하게 사용할 수 있다면 시스템의 성능을 향상시키는 좋은 개발자가 될 수 있습니다.😊

✔ JVM(Java Virtual Machine)

일반 프로그램과 달리 Java 프로그램은 byte-code와 OS사이에 JVM이 있어 여러 운영체제에서 동일한 실행 결과가 나오도록 설계되어 있습니다.

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1. 파일이름.java : source file : 사람이 이해할 수 있는 java 언어로 코드가 작성된 파일
2. 파일이름.class: byte code : java compiler(javac)를 통해 변환된 컴퓨터가 이해할 수 있는 2진법으로 작성된 파일
byte code는 JVM의 Class Loader로 보내지게 되어 OS에 맞게 Native machine code가 됩니다.

✔ Java Memory Area 구조

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• Class Loader는 Class 파일을 불러와서 메모리에 저장하는 역할을 합니다.
• Execution Engine 은 Class Loader을 통해 JVM 내의 Runtime Data Area에 배치된 Byte Code를 명령어 단위로 분류하여 실행시키는 역할을 합니다. Interpreter방식과 JIT compiler 방식을 혼합하여 사용합니다.
• Garbage Collector 는 힙 메모리 영역에 생성된 객체들 중에서 참조되지 않은 객체들(null pointer)을 탐색 후 제거하는 역할을 합니다. 이때, GC가 역할을 하는 시간은 언제인지 정확히 알 수 없습니다. Garbage Collector에 대한 자세한 포스팅
• Runtime Data Area (JVM Memory Area) 는 JVM이 프로그램을 수행하기위해 운영체제로부터 할당받은 메모리 공간입니다. 이 영역은 크게 Method Area, Heap Area, Stack Area, PC Register, Native Method Stack로 나눌 수 있습니다.

1. Method Area

In the method area, all class level information like class name, immediate parent class name, methods and variables information etc. are stored, including static variables. There is only one method area per JVM, and it is a shared resource. From java 8, static variables are now stored in Heap area.

• 모든 쓰레드가 정보를 공유하는 메모리 영역입니다.
• JVM당 딱 하나만 존재합니다.
• class 정보, 메소드와 전역변수 정보, static 변수 정보가 저장되는 공간입니다. 자바8부터는 static 변수는 heap area에 저장됩니다.

2. Heap Area

Information of all objects is stored in the heap area. There is also one Heap Area per JVM. It is also a shared resource.

• 모든 쓰레드가 정보를 공유하는 메모리 영역입니다.
• JVM당 딱 하나만 존재합니다.
• Heap에 저장된 데이터는 Garbage Collector 가 처리하지 않는한 소멸되지 않습니다.
• Objects 즉, new 연산자로 생성된 객체, Array, String 같은 동적으로 생성된 데이터가 저장되는 공간입니다.

3. Stack Area

For every thread, JVM creates one run-time stack which is stored here. Every block of this stack is called activation record/stack frame which stores methods calls. All local variables of that method are stored in their corresponding frame. After a thread terminates, its run-time stack will be destroyed by JVM. It is not a shared resource.

• 쓰레드마다 하나씩 존재합니다.
• 메소드를 호출할때마다 프레임을 추가하고 메소드가 종료되면 해당 프레임을 제거하는 동작을 수행합니다.
• 변수를 저장합니다. ex) int/ double/ char/ boolean로 선언된 변수, 참조타입변수(heap의 주소값)
  ❗ String로 선언되면 new가 없어도 객체이지 변수가 아닙니다!

4. PC Register

Store address of current execution instruction of a thread. Obviously, each thread has separate PC Registers.

• 쓰래드가 생성되면서 각각 하나씩 존재합니다.
• JVM이 실행하고 있는 현재 위치를 저장하는 역할을 합니다.

5. Native Method Stacks

For every thread, a separate native stack is created. It stores native method information.

• Java 가 아닌 다른 언어로 구성된 메소드를 실행이 필요할 때 사용되는 공간입니다.