Java Stack Memory와 Heap Space
1. Stack Memory와 Heap Space 개념
JVM은 애플리케이션을 최적의 방식으로 실행하기 위해 메모리를 스택과 힙 메모리로 나뉜다. 새로운 변수와 객체를 선언하거나, 새로운 메소드를 호출하거나, String을 선언하거나, 유사한 작업을 수행할 때마다 JVM은 스택 메모리 또는 힙 공간에서 이러한 작업에 대한 메모리를 지정한다.
2. Stack Memory
Java의 스택 메모리는 정적 메모리 할당 및 스레드 실행에 사용된다. 여기에는 메소드에 고유한 기본값과 메소드에서 참조되는 힙에 있는 개체에 대한 참조가 포함된다.
이 메모리에 대한 액세스는 LIFO(후입선출) 순서이다. 새 메소드가 호출될 때마다 기본 변수 및 개체 참조와 같은 해당 메소드에 특정한 값을 포함하는 스택 맨 위에 새 블록이 생성된다.
메소드가 실행을 마치면 해당 스택 프레임이 플러시 되고 흐름이 호출 메소드로 돌아가고 다음 메소드를 위한 공간이 확보된다.
1) Stack Memory 주요기능
새로운 메소드가 각각 호출되고 반환될 때마다 커지고 축소된다.
스택 내부의 변수는 변수를 생성한 메소드가 실행되는 동안에만 존재한다.
메소드 실행이 완료되면 자동으로 할당 및 할당 해제된다.
이 메모리가 가득 차면 Java는 java.lang.StackOverFlowError를 발생시킨다.
이 메모리에 대한 액세스는 힙 메모리에 비해 빠르다.
이 메모리는 각 스레드가 자체 스택에서 작동하므로 스레드로부터 안전하다.
3. Heap Space
Java의 힙 공간은 런타임 시 Java 객체 및 JRE 클래스에 대한 동적 메모리 할당에 사용된다. 새로운 객체는 항상 힙 공간에 생성되고 이 객체에 대한 참조는 스택 메모리에 저장된다.
이러한 개체는 전역 액세스 권한을 가지며 응용 프로그램의 모든 위치에서 액세스할 수 있다.
이 메모리 모델은 세대라고 하는 더 작은 부분으로 더 세분화 된다.
Young Generation: 모든 새로운 객체가 할당되고 에이징되는 곳이다. 이것이 가득 차면 사소한 가비지 수집이 발생한다.
Old or Tenured Generation: 오래 살아남은 개체가 저장되는 곳이다. 객체가 Young Generation에 저장되면 객체의 연령에 대한 임계 값이 설정되고 해당 임계 값에 도달하면 객체가 이전 세대로 이동한다.
Permanent Generation: 런타임 클래스 및 애플리케이션 메소드에 대한 JVM 메타데이터로 구성된다.
1) Heap Memory 주요 기능
Young Generation, Old or Tenured Generation, Permanent Generation을 포함하는 복잡한 메모리 관리 기술을 통해 액세스 된다.
힙 공간이 가득 차면 Java는 java.lang.OutOfMemoryError를 발생시킨다.
이 메모리에 대한 액세스는 스택 메모리보다 상대적으로 느리다.
스택과 달리 이 메모리는 자동으로 할당 해제되지 않는다. 메모리 사용의 효율성을 유지하기 위해 사용하지 않는 개체를 해제하려면 Garbage Collector가 필요하다.
스택과 달리 힙은 스레드로부터 안전하지 않으며 코드를 적절하게 동기화하여 보호해야 한다.
4. Example
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class Person {
int id;
String name;
public Person(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
}
public class PersonBuilder {
private static Person buildPerson(int id, String name) {
return new Person(id, name);
}
public static void main(String[] args) {
int id = 23;
String name = "John";
Person person = null;
person = buildPerson(id, name);
}
}
① main() 메소드를 입력하면 스택 메모리에 이 메소드의 원시 및 참조를 저장하기 위한 공간이 생성된다.
정수 id의 기본값은 스택 메모리에 직접 저장된다.
Person 유형의 참조 변수 person은 힙의 실제 객체를 가리키는 스택 메모리에도 생성된다.
② main()에서 매개 변수화된 생성자 Person(int, String)에 대한 호출은 이전 스택 위에 추가 메모리를 할당한다. 이것은 다음 항목이 저장된다.
스택 메모리에 있는 호출 객체의 this 객체 참조
스택 메모리의 기본값 id
힙 메모리의 문자열 풀에서 실제 문자열을 가리킬 문자열 인수 이름의 참조 변수
③ 기본 메소드는 buildPerson() 정적 메소드를 추가로 호출하는 것으로, 이전 메소드 위에 있는 스택 메모리에서 추가 할당이 수행된다. 이렇게 하면 위에서 설명한 방식으로 변수가 다시 저장된다.
④ 그러나 Person 유형의 새로 생성된 개체 person의 경우 모든 인스턴스 변수가 힙 메모리에 저장된다.
5. 요약
| Parameter | Stack Memory | Heap Space |
|---|---|---|
| Application | 스택은 스레드 실행 중에 한 번에 하나씩 부분적으로 사용된다. | 전체 애플리케이션은 런타임 동안 힙 공간을 사용한다. |
| Size | 스택은 OS에 따라 크기 제한이 있으며 일반적으로 힙보다 작다. | 힙에는 크기 제한이 없다. |
| Storage | 힙 공간에서 생성된 객체에 대한 기본 변수 및 참조만 저장한다. | 새로 생성된 모든 객체가 여기에 저장된다. |
| Order | LIFO(Last-in First-out) 메모리 할당 시스템을 사용하여 액세스 된다. | 이 메모리는 Young Generation, Old 또는 Tenured Generation, Permanent Generation을 포함하는 복잡한 메모리 관리 기술을 통해 액세스 된다. |
| Life | 스택 메모리는 현재 메소드가 실행되는 동안에만 존재한다. | 애플리케이션이 실행되는 동안 힙 공간이 존재한다. |
| Efficiency | 힙에 비해 할당 속도가 훨씬 빠르다. | 스택에 비해 할당 속도가 느리다. |
| Allocation/Deallocation | 이 메모리는 각각 메소드가 호출되고 반환될 때 자동으로 할당 및 할당 해제된다. | 힙 공간은 Gargabe Collector에 의해 더 이상 참조되지 않을 때 새 개체가 생성되고 할당 해제될 때 할당된다. |