JVM Memory Structure: Stack, Heap, Method Area

TOC

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1. Overview
2. 메모리 구조
3. Stack
4. Heap
5. Method Area
6. Conclusion
7. Next Step

Overview

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최근에 class 파일이 JVM 안에서 어떻게 사용되는지 다뤘다.

이번 글에서는 실행 중 JVM이 쓰는 메모리 영역에 대한 내용을 다룬다.

메모리 구조

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JVM 메모리는 보통 크게 Stack, Heap, Method Area로 나눠서 이해하면 된다.

block-beta
  columns 6
  JVM["JVM Runtime Memory"]:6
  Stack["Stack"]:2
  Heap["Heap"]:2
  MethodArea["Method Area"]:2
  Method["Method"]:1
  LocalVariable["LocalVariable"]:1
  Object["Object"]:1
  Array["Array"]:1
  Metadata["Metadata"]:1
  Static["Static"]:1

이 그림은 각 영역이 어디에 속하는지를 보여주는 최소한의 지도다.

• Stack: 메서드호출(frame), 지역변수
• Heap: 인스턴스, 배열
• Method Area: 클래스메타데이터, static 정보

Stack

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스택에는 메서드 호출마다 frame이 쌓인다. frame은 호출 시 push되고, 메서드가 끝나면 pop된다. frame 안에는 지역 변수와 연산용 데이터가 들어간다.

public class StackDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int count = 3;
        print(count);
    }

    static void print(int value) {
        System.out.println(value);
    }
}

count와 value 같은 지역 변수는 스택 쪽에서 다룬다. 메서드가 끝나면 frame도 같이 사라진다.

before

• call main method -> push
• call a method -> push

block-beta
  columns 1
  Stack["Stack"]
  MainFrame["main frame"]
  MethodFrame["method frame"]

after

• end a method -> pop
• end main method -> pop

block-beta
  columns 1
  Stack["Stack"]
  MainFrame["main frame"]

이런 식으로 메서드가 호출되면 frame이 push되어 stack에 쌓이고, 메서드가 종료되면 가장 위 frame이 pop되면서 사라진다. 즉, 스택은 위로 쌓이고 위에서 빠지는 구조다.

Heap

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public class HeapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("kim");
    }
}

class Person {
    String name;
    Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

person 변수는 참조고, 실제 Person 인스턴스는 heap에 있다.

flowchart LR
  subgraph STACK["Stack"]
    direction TB
    REF["person reference"]
  end

  subgraph HEAP["Heap"]
    direction TB
    OBJ["Person instance"]
    FIELD["name: kim"]
    OBJ --> FIELD
  end

  REF -->|points to| OBJ

Heap에는 "Person" 인스턴스가 있고, Stack에는 그 인스턴스를 가리키는 참조(reference)가 들어있다.

Method Area

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클래스 정보와 static 관련 정보는 method area 쪽으로 생각하면 된다.

예를 들면 메타데이터(클래스 이름, 메서드 정보)와 static field로 구성된다.

block-beta
  columns 2 
  MethodArea["Method Area"]:2
  Metadata["Metadata"]:1
  Static["Static"]:1

즉, 여기에는 인스턴스 자체보다 클래스의 뼈대와 static 관련 정보가 들어간다고 보면 된다.

Conclusion

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아주 단순하게 정리하면 이렇다.

• Stack: 메서드 호출과 지역 변수
• Heap: 인스턴스
• Method Area: 클래스와 static 정보

Next Step

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다음 아티클에서는 Java 객체 생성과 메모리 배치: new, reference, object header를 본다. new가 인스턴스를 어떻게 만들고, 참조가 무엇을 가리키는지 이어서 보자.