JVM 구조

  • 실행될 클래스 파일을 메모리에 로드 후 초기화 작업 수행

  • 메소드와 클래스변수들을 해당 메모리 영역애 배치

  • 클래스로드가 끝난 후 JVM은 main 메소드를 찾아 지역변수, 객체변수, 참조변수를 스택에 쌓음
  • 다음 라인을 진행하면서 상황에 맞는 작업 수행(함수 호출, 객체 할당 등)

자바 메모리 구조



  • Class Loader: JVM내로 클래스를 로드하고 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈로써 런타임시 동적으로 클래스를 로드한다.
  • Execution Engine: Class Loader를 통해 JVM 내의 런타임 데이터 영역에 배치된 바이트 코드를 실행한다. 이 때, Execution Engine은 자바 바이트 코드를 명령어 단위로 읽어서 실행한다.
  • Garbage Collector: JVM은 Garbage Collector를 통해 메모리 관리 기능을 자동으로 수행한다. 애플리케이션이 생성한 객체의 생존 여부를 판단하여 더 이상 사용되지 않는 객체를 해제하는 방식으로 메모리를 자동 관리한다.
  • Runtime Data Areas: JVM이 운영체제 위에서 실행되면서 할당받는 메모리 영역이다. Class Loader에서 준비한 데이터들을 보관하는 저장소이다.

Runtime Data Areas


Runtime Data Areas & Heap Area



  • Method (Static) Area: JVM이 읽어들인 클래스와 인터페이스 대한 런타임 상수 풀, 멤버 변수(필드), 클래스 변수(Static 변수), 생성자와 메소드를 저장하는 공간이다.
  • Runtime Constant Pool
    • 메소드 영역에 포함되지만 독자적 중요성이 있다.
    • 클래스 파일 constant_pool 테이블에 해당하는 영역이다.
    • 클래스와 인터페이스 상수, 메소드와 필드에 대한 모든 레퍼런스를 저장한다.
    • JVM은 런타임 상수 풀을 통해 해당 메소드나 필드의 실제 메모리 상 주소를 찾아 참조한다
  • 메소드 영역/런타임 상수 풀의 사용기간 및 스레드 공유 범위
    • JVM 시작시 생성
    • 프로그램 종료 시까지
    • 명시적으로 null 선언 시
    • 구성 방식이나 GC 방법은 JVM 벤더마다 다를 수 있다.
    • 모든 스레드에서 공유한다.
  • Heap Area
    • JVM이 관리하는 프로그램 상에서 데이터를 저장하기 위해 런타임 시 동적으로 할당하여 사용하는 영역이다.
    • New 연산자로 생성된 객체 또는 객체(인스턴스)와 배열을 저장한다.
    • 힙 영역에 생성된 객체와 배열은 스택 영역의 변수나 다른 객체의 필드에서 참조한다.
    • 참조하는 변수나 필드가 없다면 의미 없는 객체가 되어 GC의 대상이 된다.
    • 힙 영역의 사용기간 및 스레드 공유 범위
      • 객체가 더 이상 사용되지 않거나 명시적으로 null 선언 시
      • GC(Garbage Collection) 대상
      • 구성 방식이나 GC 방법은 JVM 벤더마다 다를 수 있다.
      • 모든 스레드에서 공유한다.
  • Stack Area
    • 각 스레드마다 하나씩 존재하며, 스레드가 시작될 때 할당된다.
    • 메소드를 호출할 때마다 프레임(Frame)을 추가(push)하고 메소드가 종료되면 해당 프레임을 제거(pop)하는 동작을 수행한다.
    • 선입후출(FILO, First In Last Out) 구조로 push와 pop 기능 사용
    • 메소드 호출 시 생성되는 스레드 수행정보를 기록하는 Frame을 저장
    • 메소드 정보, 지역변수, 매개변수, 연산 중 발생하는 임시 데이터 저장
    • 기본(원시)타입 변수는 스택 영역에 직접 값을 가진다.
    • 참조타임 변수는 힙 영역이나 메소드 영역의 객체 주소를 가진다.
  • PC Register
    • 현재 수행 중인 JVM 명령 주소를 갖는다.
    • 프로그램 실행은 CPU에서 인스트럭션(Instruction)을 수행.
    • CPU는 인스트럭션을 수행하는 동안 필요한 정보를 CPU 내 기억장치인 레지스터에 저장한다.
    • 연산 결곽값을 메모리에 전달하기 전 저장하는 CPU 내의 기억장치
  • Native Method Stack Area
    • 자바 외 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 Stack이다.
    • 즉, JNI(Java Native Interface)를 통해 호출되는 C/C++ 등의 코드를 수행하기 위한 스택이다.
    • 네이티브 메소드의 매개변수, 지역변수 등을 바이트 코드로 저장한다.

Heap Area

  • Young Generation: 이 영역은 자바 객체가 생성되자마자 저장되고, 생긴지 얼마 안되는 객체가 저장되는 공간이다. 시간이 지나 우선순위가 낮아지면 Old 영역으로 옮겨진다. 이 영역에서 객체가 사라질 때 Minor GC가 발생한다.
  • Old(Tenured) Generation: Young Generation 영역에서 저장되었던 객체 중에 오래된 객체가 이동되어 저장되는 영역이다. 이 영역에서 객체가 사라질 때 Major GC(Full GC)가 발생한다.

None Heap Area

  • Permanent Generation(Java 7 이전): 클래스 로더에 의해 로드되는 클래스, 메소드 등에 대한 메타 정보가 저장되는 영역으로 JVM에 의해 사용된다. 리플렉션을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용된다. 내부적으로 리플렉션 기능을 자주 사용하는 Spring Framework를 이용할 경우 이 영역에 대한 고려가 필요하다. 런타임시 사이즈를 조절할 수 없어 OutOfMemoryError: PermGen Space error 가 발생하는 메모리 영역이다. JVM 실행시 PermSize와 MaxPermSize 옵션을 사용한다.
  • Metaspace(Java 8 이후): Permanent Generation이 Metaspace로 변경 되었다. 기능은 비슷하지만, 주요 차이점은 동적으로 사이즈를 바꿀 수 있다. JVM 옵션도 PermGem관련하여 사라지고, Metaspace 관련하여 MetaspaceSize 및 MaxMEtaspaceSize 옵션이 새로 생겼다.

참고자료


수정이력

  • 2019-05-07: Permanent Generation None Heap Area로 재분류 및 설명 추가, Meataspace 추가
  1. 고냥인 2017.07.04 17:29

    한가지 의문이 듭니다.
    메소드(Static) 영역이 GC 대상인가요??

    클래스들과 static변수, 클래스 변수등이 올라오는 곳이며,
    프로세스가 종료될 때 까지 유지되는 자원들이고...
    그러기에 GC대상은 아닌것으로 알고 있었는데...(GC는 Heap 이 대상)

    해당 영역이 GC대상인지는 다른곳을 찾아도 확인이 안되서요.
    제가 잘못 알고 있는 건가요? 아님 구체적인 설명을 해주실수 있으실런지 ㅠㅠ

    • Favicon of https://hoonmaro.tistory.com 훈마로 2017.07.10 10:56 신고

      음 본 글에서 Permanent Generation이 Heap Area에 속한다고 써있는데요.

      이 부분에 대해서는 Common Misunderstanding 이라고 하네요.

      Permanent Generation은 Method Area에 속하며 GC의 대상이기도 하므로
      Method Area 파트에서 GC의 대상이라고 써놓았는데, 아래에서는 Heap Area에 Permanent Generation이 있다고 하니 헷갈리게 됐네요.

      오라클 공식 튜토리얼에서도 Heap Area에 Permanent Generation이 있다고 써있긴 하는데
      (http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html)

      오라클 공식 JConsole 가이드 문서에는 또 Permanent Generation은 non-heap이라고 하네요.
      (http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/management/jconsole.html#gdeao)

      이와 관련된 답변은 아래 스택오버플로우의 첫번째 답글에서 잘 설명하고 있네요.
      (https://stackoverflow.com/questions/2129044/java-heap-terminology-young-old-and-permanent-generations)

      일단은 참고하시고요.

      이 부분에 대해선 시간이 나는대로 좀 더 공부해서 포스팅 해보도록 하겠습니다.

  2. Favicon of https://freezboi.tistory.com 제리루즈 2017.10.24 16:38 신고

    많이 배우고 갑니다

    감사합니다 ^^

  3. Favicon of https://rios.tistory.com 리오a 2018.06.04 10:33 신고

    궁금증을 잘 정리해주셔서 감사합니다.

  4. Favicon of https://hyoje420.tistory.com heyhyo 2018.06.29 17:34 신고

    좋은 정보 얻어갑니다!

  5. fasdf 2018.12.18 10:10

    여기가 잘 나와있는듯. JAVA 문법공부하기전에 이거부터 봐야됨 ㄹㅇ

  6. kimyc 2019.02.07 12:55

    좋은 자료 감사합니다

  7. Favicon of https://j4bez.tistory.com J4BEZ 2019.02.12 12:12 신고

    정말 좋은 자료 감사합니다 ㅠㅠㅠ
    혹시 이 자료의 출처를 밝히고 제 블로그에도 인용해도 될까요오

  8. Favicon of https://ssyauu580.tistory.com 도 닦는 개발자 2019.05.02 15:00 신고

    좋은자료 감사합니다.

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