Java 자료형 & 메모리구조 & GC

hs·2025년 11월 4일

Java

Java데이터를 저장하는 방식에 따라 Primitive 타입과 Reference 타입으로 구분
Java 가상 머신(JVM)의 각 메모리 영역에 다르게 저장

Primitive 타입 (기본 자료형)

Stack 메모리에 실제 값이 직접 저장
특징
- 값이 직접 저장되므로 접근 속도가 빠름
- null 할당 불가
- 할당 시 값 복사
```
int a = 10;
int b = a;
a = 20;
```
종류
- 정수형: byte, short, int, long
- 실수형: float, double
- 논리형: boolean
- 문자형: char

Reference 타입

Stack 메모리에 주소값, Heap 메모리에에 실제 객체(인스턴스) 값 저장
특징
- new 키워드를 통해 객체를 생성할 때 Heap 메모리에 할당
- null 값 할당 가능
- 할당 시 주소값 (참조값)이 복사
  - 여러 변수가 하나의 동일한 객체를 참조 가능
```
int[] arr1 = {1, 2, 3};
int[] arr2 = arr1;
arr1[0] = 100;  // arr2[0]도 100
```
종류
- 클래스의 인스턴스, 배열, 열거형(Enum) 등 new 연산자로 생성되는 모든 객체

메모리 구조

Method Area / Metaspace

클래스 정보(클래스의 필드, 메서드, 생성자 등), static 변수, 상수(literal pool) 등이 저장되는 영역
특징
- JVM 내의 모든 스레드가 공유하는 메모리 영역
- 클래스가 JVM에 로딩될 때 생성
- JDK 8부터 Metaspace로 불리며, JVM이 아닌 네이티브 메모리(Native Memory) 영역을 사용

Stack Memory

메서드 호출 시 생성되는 지역 변수, 매개변수, Primitive 타입의 값, 메서드의 반환 주소 등이 저장되는 영역
특징
- 스레드별로 독립적으로 생성
- 메서드가 호출될 때 스택에 쌓이고, 메서드 실행이 끝나면 해당 프레임이 스택에서 제거
- 데이터 접근 속도가 빠름
- 크기가 제한 (StackOverflow 발생 가능)

Stack Memory (Thread별 독립적)

┌─────────────────────────────┐
│     method2() Frame         │ ← 현재 실행 중인 메서드
│  - Local Variables: b=20    │
│  - Parameters: param=10     │
│  - Return Address           │
├─────────────────────────────┤
│     method1() Frame         │
│  - Local Variables: a=10    │
│  - Reference: str → Heap    │ (str 변수는 Stack에, "Hello" 문자열 객체는 Heap에)
│  - Return Address           │
├─────────────────────────────┤
│     main() Frame            │
│  - Parameters: args[]       │
│  - Return Address           │
└─────────────────────────────┘

Heap Memory

객체, 배열, 인스턴스 변수 등 대부분의 Reference 타입 객체들이 저장되는 영역
특징
- new 키워드를 사용하여 객체 생성 시 메모리 할당
- JVM 내의 모든 스레드가 공유하는 영역
- 크기가 Stack 메모리보다 큼, 동적 할당
- Garbage Collector (GC)에 의해 메모리 관리
- 상대적으로 데이터 접근 속도 느림

Heap Memory
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Young Generation                     │ (전체 Heap의 약 1/3)
├─────────────┬─────────────┬─────────────────────────────┤
│    Eden     │ Survivor 0  │        Survivor 1           │
│   Space     │   (S0)      │          (S1)               │
│             │             │                             │
└─────────────┴─────────────┴─────────────────────────────┘
                            ↓ (객체의 'Age' 임계값 도달 시)
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                  Old Generation                         │ (전체 Heap의 약 2/3)
│               (Tenured Space)                           │
│                                                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

Young Generation
- 새로운 객체가 생성되는 공간
- Eden Space (약 80%)와 Survivor Space (S0, S1 각10%)로 구성
- 대부분의 객체는 생성 후 짧은 시간 내에 더 이상 참조되지 않음
- Minor GC 발생
Old Generation
- Young Generation의 Age 임계값 보다 오래 살아남은 객체들이 저장되는 공간
- 상대적으로 크기가 큼
- Young Generation보다 GC 발생 빈도 낮다
- Major GC (Full GC) 발생

Minor GC

Eden Space가 가득 찰 때 발생
과정
1. 새로운 객체는 Eden Space에 생성
2. Eden Space가 가득 차면 Minor GC가 실행
3. Eden Space와 현재 활성화된 Survivor Space (S0)를 스캔하여 더 이상 참조되지 않는 객체 제거
4. 살아남은 객체들은 Age 값을 1 증가시키고, 다른 Survivor Space (S1)로 이동
5. S0와 S1을 번갈아 스캔하면서 위 과정을 반복
6. 객체의 Age 값이 특정 임계값에 도달하면 Old Generation으로 이동

Major GC (Full GC)

Old Generation이 가득 찰 때 발생
Major GC는 Minor GC보다 시간이 오래 걸림

참조 해제 조건 (GC 대상이 되는 경우)

지역 변수가 선언된 블록의 스코프를 벗어날 때

public void scopeExample() {
    {
        String localString = new String("지역변수");
    } // 이 블록을 벗어나면 localString 참조가 해제되어 GC대상이 됨
}

참조를 null로 설정할 때

public void nullReferenceExample() {
    String data = new String("데이터");
    data = null; // "데이터" 객체에 대한 참조가 끊어져 GC 대상이 됨
}

컬렉션에서 제거될 때

public void collectionExample() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add(new String("항목1"));
    list.add(new String("항목2"));

    list.clear(); // 리스트의 모든 요소에 대한 참조가 끊어지고 GC 대상이 됨
}

GC 종류와 동작 시점

Minor GC (Young Generation)


 // 발생 조건: Eden Space가 가득 찰 때
 public class MinorGCTrigger {
     public static void triggerMinorGC() {
         List<byte[]> list = new ArrayList<>();
 
 // Eden Space를 빠르게 채움
         for (int i = 0; i < 1000; i++) {
             byte[] data = new byte[1024 * 1024];// 1MB씩
             list.add(data);
 
             if (i % 100 == 0) {
                 System.gc();// 힌트만 제공, 강제 실행 안됨
             }
         }
     }
 }
 
 ```
 
### Major GC (Old Generation)
 
```java
 
 // 발생 조건: Old Generation이 가득 찰 때
 public class MajorGCTrigger {
     private static List<byte[]> longTermStorage = new ArrayList<>();
 
     public static void triggerMajorGC() {
 // Old Generation에 많은 객체 축적
         for (int i = 0; i < 1000; i++) {
             byte[] data = new byte[1024 * 1024];
             longTermStorage.add(data);
 
 // Minor GC를 여러 번 견딘 객체들이// Old Generation으로 승격됨
         }
 // Old Generation 가득참 → Major GC 발생
     }
 }

Static와 Instance

static (정적) 멤버
- 컴파일 시점에 메모리(Method Area / Metaspace)에 할당되며 주소가 결정됨
- 클래스 로딩 시점에 초기화되고, 프로그램이 종료될 때까지 메모리에 남아있다
- 모든 객체가 공유
- 유틸리티 클래스의 메서드나 전역 상수 등을 정의할 때 사용
instance (인스턴스) 멤버
- new 키워드를 사용하여 객체가 생성되는 시점에 Heap Memory에 할당되며 주소가 결정됨
- 객체마다 각각의 독립적인 공간을 가짐
- 객체가 GC에 의해 메모리에서 해제될 때 함께 사라짐
- 객체마다 고유한 값을 가져야 할 때 사용
- 객체의 상태(state)를 나타낼 때 적합

Java 자료형 & 메모리구조 & GC

Primitive 타입 (기본 자료형)

Reference 타입

메모리 구조

Method Area / Metaspace

Stack Memory

Heap Memory

Minor GC

Major GC (Full GC)

참조 해제 조건 (GC 대상이 되는 경우)

GC 종류와 동작 시점

Minor GC (Young Generation)

Static와 Instance

HTTP의 진화(버전별 특징)

JVM & JIT 컴파일러

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