[ Java ] Runtime Data Area (1)

NaHyun_kkiimm·2024년 3월 24일

JVM Java Method Area heap runtime data area

Java

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Runtime Data Area

JVM의 메모리 영역으로, 자바 애플리케이션을 실행할 때 사용되는 데이터를 적재하는 역할을 수행한다.

내부

1) Method Area

: 바이트 코드(.class)를 처음 메모리 공간에 올릴 때, 초기화 되는 대상을 저장하기 위한 메모리 공간
= 프로그램 실행 중 클래스나 인터페이스를 사용하게 되면, JVM은 Class Loader을 이용해 클래스나 인터페이스의 Meta data를 Method Area에 저장한다.

특징

정적(Static) 영역이라고도 부른다.
모든 Thread에 의해 공유되는 영역이다.
Runtime Constant Pool 영역을 가진다.

클래스/인터페이스의 메서드, 필드, 문자열 상수 등의 레퍼런스가 저장되며, 이들의 물리적 메모리 위치를 참조할 경우 사용된다.

[ 저장되는 Meta Data ]

Type Information : 클래스와 인터페이스의 정보
- Type 명, Type 정보, Type 제어자, 연관된 Interface 정보
Field Information : 인스턴스 변수의 정보
- type 명, 제어자(public, private 등), 그외 제어자(static, final 등)
Method Information : 메서드의 모든 정보
- Method 명, 반환 타입, parameter 수와 각 parameter의 정보
Class variable : static 키워드로 선언된 변수
Exception Table : 메서드 내 발생하는 예외에 대한 처리 정보 저장

2) Heap Area

JVM에서 동적으로 할당된 모든 객체와 배열을 저장하며, 객체의 생명주기를 관리하는 메모리 공간

[ Heap 영역 내 객체의 LifeCycle ]

- Minor GC: Eden 영역 또는 Survivor 1, 2 등 Young 영역에서 발생하는 GC
- Major GC : Old 영역에서 발생하는 GC

특징

프로그램이 실행될 때(Runtime) 생성되어 종료될 때 해제된다.
Heap 영역에 저장된 객체(인스턴스)나 배열을 다른 객체에서 참조될 수 있다.
Garbage Collector(GC)가 발생하는 영역이며, 참조가 없는 객체들은 GC에 의해 메모리에서 해제된다.
JVM 제품(벤더)에 따라 구현이 다르다. Hotspot JVM(Oracle)의 Mteho Area는 Permanent Area(Perm Area, ~Java 7) → MetaSpace Area(Java 8~)이라고 한다.

(1) Eden 영역 (Young 영역)

: 새로 생성된 대부분의 객체가 처음 위치하는 영역

정기적으로 GC가 발생하며, 살아남은 객체들은 Survivor 1 또는 2 중 선택된 하나의 영역으로만 이동하여 계속 쌓이게 된다.

(2) Survivor 1, 2 영역 (Young 영역)

: Survivor 1 또는 2 중 하나의 영역이 가득 차게 되면, 그 중 살아남은 객체가 비워진 Survivor 영역으로 이동하게 된다.
이 때, 참조가 없는 개체들은 메모리에서 정리된다.

위의 메커니즘으로, Survivor 1 또는 2는 항상 비워진 상태여야 하며,
둘 중 하나의 영역이 완전히 비워져 있지 않다면, 문제가 있는 것이다.
Minor GC에서 살아남아 Survivor로 이동할 때마다 객체의 Age가 증가하며,
일정 값을 넘게 되면, Old 영역으로 이동하게 된다. (Promotion)
```
Promotion의 기준이 되는 Age 값은 `Java SE8` 기준 15이며, 사용자가 임의로 조정할 수 있다. ( 0~15 )
```

(3) Old 영역

: Survivor 1 또는 2를 왔다갔다 하는 과정에서 끝까지 살아남은 객체는 Old 영역으로 이동하게 된다.

Old 영역은 Young 영역에 비해 크게 할당된다.
Young 영역에 비해 GC가 적게 발생한다.
가득 차게 되면 기본적으로 GC가 발생하게 되며, GC 방식에 따라 절차가 달라진다.

2-1) PermGen과 Metaspace에 관하여

PermGen 영역

: 현재까지 로드된 Class와 Method의 Meta data, Static 변수와 상수 정보들이 저장되는 공간

<----- Java Heap ----->             <--- Native Memory --->
+------+----+----+-----+-----------+--------+--------------+
| Eden | S0 | S1 | Old | Permanent | C Heap | Thread Stack |
+------+----+----+-----+-----------+--------+--------------+
                        <--------->
                       Permanent Heap
S0: Survivor 0
S1: Survivor 1

Non-Heap Memory이다. - 힙 영역 아님
Default로 제한된 크기를 갖고 있다.

Metaspace

현재까지 로드한 Class와 Method의 Meta data가 저장되는 공간

<----- Java Heap -----> <--------- Native Memory --------->
+------+----+----+-----+-----------+--------+--------------+
| Eden | S0 | S1 | Old | Metaspace | C Heap | Thread Stack |
+------+----+----+-----+-----------+--------+--------------+

Heap 영역이 아닌 Native 메모리 영역에 속한다.
Default로 제한된 크기를 갖지 않는다. 필요한 만큼 계속 늘어난다.

< PermGen → Metaspace로 바뀐 이유 >

[ 상황 ]

ArrayList와 같은 Reference 타입의 동적 배열 객체를 static으로 생성하게 되면, Permanent 영역에 저장하게 된다.
이 때, 해당 객체 배열의 원소를 추가하면 그대로 static Object의 레퍼런스가 Parmanent 영역에 쌓임과 함께
String Literal Data를 저장하던 String Pool도 Permanent 영역에 저장하느라 OOM Error(OutOfMemory Error) 이슈가 잦았다고 한다.

[ 변경점 ]

: JVM에서 관리하는 Heap이 아닌 OS 레벨에서 관리되는 Native 메모리 영역을 사용함으로서 개발자는 영역 확보의 상한을 크게 의식할 필요가 없어지게 되었다.

Class Meta Data는 Native Memory로 이동된 Metaspace에서 저장하고, Interned String와 static 변수는 heap 영역으로 보내여 GC 대상이 되게끔 한다.
static 변수는 명시적으로 Null 선언이 되지 않으면, GC되어선 안되는 변수이다.
Method Area는 Class의 meta-data를 저장할 뿐, 실질적인 객체와 데이터는 Method area 밖 PermGen에 저장되어 왔다.
때문에 GC의 대상이 아니게 되면서, 쌓임에 따라 OOM Error가 발생했다.

이해한 바

: 참조가 있으면, GC의 대상이 되지 않는다.
Metaspace에 static object의 참조를 보관함으로써 참조 중엔 GC의 대상이 되는 것을 피하고, static object는 heap에 저장시켜 OOM이 일어났던 Perment 영역 때와는 달리 참조가 없을 땐 GC가 일어나도록 한다.