[Java] 7.2. JVM 아키텍처

JVM 아키텍처 정리 및 실행 메모리 구조(Stack, Heap, Static)

1. JVM 아키텍처 개요

1) Class Loader (클래스 로더)

• .class 파일을 읽고 메모리에 적재하는 역할을 합니다.

• 클래스를 로드하는 과정은 로딩(Loading) → 링크(Linking) → 초기화(Initialization) 로 이루어집니다.

• 클래스 로더에는 Bootstrap Class Loader, Extension Class Loader, Application Class Loader 가 있습니다.

2) Runtime Data Area (실행 데이터 영역)

• JVM이 실행될 때 필요한 메모리 영역을 관리합니다.

• 주요 영역: Method Area(메서드 영역), Heap(힙), Stack(스택), PC Register(PC 레지스터), Native Method Stack(네이티브 메서드 스택)

3) Execution Engine (실행 엔진)

• 바이트코드를 실제 기계어로 변환하여 실행합니다.

• Interpreter(인터프리터): 한 줄씩 바이트코드를 해석하여 실행

• JIT(Just-In-Time) Compiler: 반복적으로 실행되는 코드를 기계어로 변환하여 성능 향상

• Garbage Collector(GC): 필요 없는 객체를 자동으로 정리하여 메모리 관리

4) Native Interface (네이티브 인터페이스)

• 자바 코드가 네이티브 코드(C, C++ 등)와 상호 작용할 수 있도록 지원합니다.

• 대표적으로 JNI(Java Native Interface) 를 통해 네이티브 라이브러리를 호출할 수 있습니다.

2. JVM 메모리 구조(Stack, Heap, Static)

1) Stack (스택 영역)

• 메서드 호출 시 생성되는 메모리 공간 으로, 각 메서드는 자신의 스택 프레임(Stack Frame)을 가집니다.

• 지역 변수, 매개변수, 리턴값, 연산 중간 결과 등이 저장됩니다.

• 메서드가 호출되면 스택 프레임이 쌓이고, 종료되면 제거됩니다.

• StackOverflowError 가 발생할 수 있으며, 재귀 호출이 너무 깊어지면 발생하는 대표적인 오류입니다.

예제 코드 (Stack 메모리 사용)

public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        int result = factorial(5);
        System.out.println(result);
    }

    public static int factorial(int n) {
        if (n == 1) return 1;
        return n * factorial(n - 1);
    }
}

• factorial(5) 호출 시 스택 프레임이 계속 쌓였다가 반환되면서 하나씩 제거됩니다.

2) Heap (힙 영역)

• 객체(Instance)가 저장되는 동적 메모리 공간 입니다.

• new 키워드로 생성된 객체는 Heap에 할당되며, GC(Garbage Collector)가 필요 없어진 객체를 자동으로 제거 합니다.

• Heap 영역은 Young Generation(새로운 객체), Old Generation(오래된 객체) 로 구분되어 관리됩니다.

예제 코드 (Heap 메모리 사용)

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

public class HeapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("Alice"); // Heap에 객체가 생성됨
        Person p2 = new Person("Bob");   // 새로운 객체 생성
    }
}

• new Person("Alice"), new Person("Bob") 은 모두 Heap에 저장됩니다.

• 참조 변수가 없어지면 GC가 객체를 자동으로 제거합니다.

3) Static (메서드 영역)

• 클래스 정보, static 변수, static 메서드, 상수 풀 등이 저장되는 공간입니다.

• 프로그램이 시작될 때 메모리에 할당되며, 종료될 때까지 유지됩니다.

예제 코드 (Static 메모리 사용)

class StaticExample {
    static int count = 0;

    public StaticExample() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        StaticExample s1 = new StaticExample();
        StaticExample s2 = new StaticExample();
        System.out.println(StaticExample.count); // 2
    }
}

• count 변수는 static 으로 선언되었으므로 클래스가 로드될 때 메모리에 올라가고, 프로그램이 종료될 때까지 유지됩니다.

3. Stack vs Heap vs Static 영역 비교

4. 마무리

핵심 정리