자바에서 메모리 관리는 어떻게 이루어지나요?

자바에서 메모리 관리는 주로 JVM(Java Virtual Machine)에 의해 자동으로 수행됩니다.

개발자가 직접 메모리를 할당하고 해제하는 C/C++와 달리, 자바는 가비지 컬렉션(Garbage Collection, GC)이라는 자동 메모리 관리 기법을 통해 메모리 누수 문제를 줄이고 프로그래밍 생산성을 높입니다.

자바 메모리 관리의 주요 개념을 정리하면 다음과 같습니다.

1. 자바 메모리 구조 자바 프로그램이 실행될 때 JVM은 메모리를 여러 영역으로 나누어 관리합니다.

주요 영역은 다음과 같습니다.

- 힙(Heap) 객체가 생성되고 저장되는 공간입니다.

모든 참조 타입 변수의 실제 데이터(객체)는 힙 영역에 할당됩니다.

- 스택(Stack) 메서드 호출 시 생성되는 프레임들이 쌓이는 공간으로, 지역 변수 및 기본 자료형의 값들이 저장됩니다.

각 스레드는 독립적인 스택을 가집니다.

- 메소드(Method) 영역 클래스의 런타임 상수, 메서드 정보, 정적 변수 등이 저장되는 영역입니다.

- PC 레지스터 현재 실행 중인 명령의 주소를 가리킵니다.

- 네이티브 메서드 스택 자바 외부에서 동작하는 네이티브 코드의 실행 정보를 저장합니다.

2. 객체 생성 및 소멸 객체를 생성하면 힙 영역에 메모리가 할당되고, 그 참조값이 변수에 저장됩니다.

개발자가 사용하지 않는 객체는 더 이상 참조되지 않는 상태가 되며, 이 객체를 가비지 컬렉터가 찾아 메모리를 자동으로 해제합니다.

3. 가비지 컬렉션(GC) 가비지 컬렉션은 JVM이 자동으로 미사용 객체를 탐지하고 메모리를 회수하는 과정입니다.

가비지 컬렉터는 주기적으로 힙 메모리를 스캔하여 더 이상 참조되지 않는 객체를 수거합니다.

이 과정이 실행되면 명시적으로 메모리를 해제할 필요가 없으므로 개발자는 메모리 관리에 신경을 크게 쓰지 않아도 됩니다.

대표적인 가비지 컬렉션 알고리즘과 JVM 내 GC 동작 원리에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

- 마크 앤 스윕(Mark and Sweep) 살아있는 객체를 표시(Mark)하고, 표시되지 않은 객체를 해제(Sweep)하는 방식입니다.

- 세대별 수집(Generational Collection) 객체의 생존 기간에 따라 Young, Old(또는 Tenured) 영역으로 나누어 관리하고, Young 영역은 자주, Old 영역은 상대적으로 적게 GC를 수행하여 효율성을 높입니다.

- 휴먼(CMS, Concurrent Mark Sweep) GC 실행 시 애플리케이션을 가능하면 멈추지 않고 병행하여 수행하는 알고리즘입니다.

- G1 GC 힙을 여러 영역(Region)으로 분할하여 병렬 및 병행 GC를 수행, 전체 지연 시간을 줄이도록 설계되었습니다.

4. 메모리 누수와 관리 팁 자바에서도 참조를 계속 유지하는 경우(예: static 컬렉션에 객체를 추가만 하고 제거하지 않음) 메모리 누수가 발생할 수 있으므로, 불필요한 참조를 해제하는 습관이 필요합니다.

5. 개발자가 하는 역할 - 객체 생성 최소화 너무 많은 객체를 생성하면 GC가 자주 동작해 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

- 명시적 null 할당 필요하지 않은 객체 참조는 null로 할당해 GC 대상이 되도록 합니다.

- 메모리 프로파일링 도구(JVisualVM, Java Flight Recorder 등)를 이용해 메모리 사용량과 GC 동작을 모니터링합니다.

자바는 JVM 내에 자동 메모리 관리 시스템과 가비지 컬렉터를 통해 메모리 할당과 해제를 책임지며, 개발자는 효율적인 객체 생성과 참조 관리를 통해 성능 및 메모리 사용 최적화를 도모할 수 있습니다.