Runtime Data Area
Runtime Data Area는 OS로 부터 할당받은 JVM의 메모리 영역으로 자바 애플리케이션이 실행하는 동안 데이터를 저장하고 관리하는 영역입니다. Runtime Data Area는 총 5가지 영역으로 나뉘어져있으며 스레드 공유 여부에 따라 각 영역의 성격이 다릅니다.
Method Area, Heap Area는 모든 스레드가 공유하는 영역이고, 나머지 Stack Area, PC Register, Native Method Stack은 각 스레드에 따라 생성되는 개별 영역입니다.
Method Area
★ 확인 필요 ★
Method Area는 Class Area 또는 Static Area로도 불리며 모든 스레드가 공유하는 영역 중 하나로 클래스 로더에 의해 로드된 클래스의 바이트 코드, 메소드, 필드, 메소드, 상수 풀이 저장되는 영역입니다. JVM 시작 시 적재되며 해당 영역에 저장된 데이터는 애플리케이션이 종료되거나, 명시적으로 null 선언 시 GC의 대상이 되며 사라지게 됩니다.
Runtime Constant Pool
Method Area에 포함되는 영역이지만 따로 분리되어 관리하는 만큼 중요한 부분들이 있습니다. Runtime Constant Pool은 클래스와 인터페이스의 메소드, 필드, 문자열 상수 등의 레퍼런스가 저장되며 이들의 물리적인 메모리 위치를 참조할 경우에 사용합니다. Runtime Constant Pool은 다음과 같은 초기화 코드 정보들이 저장됩니다.
- 필드 정보: 맴버 변수의 이름, 데이터 타입, 접근 제어자 정보
- 메소드 정보: 메소드명, 반환 타입, 메소드 매개변수, 접근 제어자 정보
- 타입 정보: Class 또는 Interface 여부, 타입 속성, 이름, Super Class 이름
위와 같은 데이터 정보들을 통해 JVM은 Runtime Constant Pool에 존재하는 데이터를 참조하는 다른 데이터들과 연결시킵니다.
★ 확인 필요 ★
Heap Area
Heap Area는 모든 스레드가 공유하는 영역 중 하나로 애플리케이션에서 생성되는 모든 객체와 배열이 할당되는 메모리로 동적으로 할당하고 해제하는데 사용하는 메모리 영역입니다. Heap Area에서 생성된 객체와 배열의 참조 값은 JVM Stack Area의 변수나 다른 객체의 필드에 의해서만 핸들링될 수 있습니다.
또한 Heap Area는 객체의 생명 주기와 메모리를 효율적으로 관리하기 위해 Young Generation과 Old Generation으로 나눠서 관리합니다.
Young Generation
대부분의 객체는 생성 후 일시적으로 사용되다가 더 이상 참조되지 않게 되는데 이러한 객체들을 관리하기 위한 영역이 Young Generation입니다.
Young Generation은 다시 세분화된 영역으로 Eden 영역과 Survivor Spaces라고 불리는 S0(From Area), S1(To Area) 영역으로 나뉩니다.
Young Generation에서는 일반적으로 GC가 더 빈번하게 발생하며 이를 Minor GC라고 합니다. Eden 영역은 객체들이 생성 당시 최초로 할당되는 공간입니다. Minor GC는 Eden 영역이 가득 차 검사하게 되고 더 이상 참조 되지 않는 객체들이 발견되면 메모리를 회수하고 이 중 아직 참조되는 객체는 Survivor Spaces의 S0 영역으로 복사가 되고 해당 Eden 영역의 메모리는 회수됩니다. 그 후 다음 Minor GC에서도 참조되는 객체는 S0에서 S1복사하고 나머지 영역에서의 메모리는 회수됩니다.
Old Generation
Old Generation은 Young Generation에서 살아남아 오랜 시간 동안 참조되는 객체들이 할당되는 영역입니다. Old Generation은 Young Generation보다 크고, 오랜 시간 동안 살아남은 객체들이 저장되는 곳입니다. Old Generation에서 GC가 발생하는 빈도는 상대적으로 적으며 Old Generation에서의 GC를 Major GC라고 합니다. Major GC는 일반적으로 Young Generation에 비해 더 시간이 오래 걸리지만 참조되는 객체들이 적기 때문에 Minor GC보다 덜 빈번하게 발생합니다.
JVM Stack
Stack 영역은 스레드 별로 생성되며 메소드 스코프에 할당된 로컬 변수 및 기본형 타입 변수, 객체에 대한 참조값을 저장하는 영역입니다.
각 JVM 스레드에는 스레드와 동시에 생성된 전용 Java 가상 머신 스택이 있습니다. JVM 스택은 “스택 프레임”이라고도 하는 프레임을 저장합니다. JVM 스택은 C와 같은 기존 언어의 스택과 유사합니다. 로컬 변수와 부분 결과를 보유하고 메서드 호출 및 반환에 참여합니다.
출처
자료구조 Stack은 마지막에 들어온 값이 먼저 나가는 후입선출(LIFO: Last-In First-Out) 구조로 구성되어 있습니다. 이와 동일하게 메소드 호출 시 각각의 스택 프레임(Stack Frame)이 생성되고 새로운 메소드가 호출되면 이전에 존재하던 스택 프레임 위에 새로운 스택 프레임이 쌓이며 메소드가 종료될 때 스택에서 제거됩니다. 스택 프레임은 각 스레드가 자체 스택에서 작동하기 때문에 ThreadSafe한 것이 특징이며 일반적으로 OS에 의해 Heap 영역보다 작은 사이즈가 할당되고 속도도 상대적으로 빠른 것이 특징입니다. 만약 Stack 영역이 가득 차게 된다며 자바는 그 유명한 java.lang.StackOverFlowError 에러를 내보내게 됩니다.
위의 사진과 같이 Heap 영역에는 Person 객체가 할당되어 있고 Stack에서는 참조값 23을 가지는 p 변수가 저장되어 있습니다.
Program Counter Register
PC Register는 스레드 별로 생성되며 현재 실행 중인 JVM 명령(오프셋)을 저장하는 영역입니다. 자바는 하나의 프로세스이기 때문에 CPU에게 직접 연산을 수행하도록 하는 것이 아닌, JVM 리소스를 이용하여 현재 작업하는 내용을 CPU에게 연산으로 제공해야하며 이를 위한 버퍼 공간으로 PC Register를 활용합니다.
Native Method Stack
Native Method Stack는 스레드 별로 생성되며 실제 실행할 수 있는 기계어로 작성된 프로그램을 실행시키는 영역입니니다. Native Method는 특정 플랫폼 또는 특정 하드웨어에 종속된 기능을 사용하기 위해 자바 이외의 언어(C 계열, 어셈블리 등)로 작성된 네이티브 코드입니다. Java Native Interface(JNI)에서 Native Method를 호출 시 JVM을 벗어나 네이티브 코드로 진입하게 되는데 이 때 스택 프레임)이 Native Method Stack에 추가됩니다.
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