Java Memory Structure (JVM Runtime Data Areas)¶

Java 프로그램이 실행될 때 JVM(Java Virtual Machine)은 운영체제로부터 메모리를 할당받아 이를 여러 영역으로 나누어 관리합니다. 이를 Runtime Data Areas라고 합니다.

1. 주요 메모리 영역 (Runtime Data Areas)¶

JVM 메모리 구조는 크게 Thread-Local(스레드 별로 생성) 영역과 Shared(모든 스레드가 공유) 영역으로 나뉩니다.

1.1 Thread-Local (스레드별 독립 공간)¶

이 영역들은 각 스레드가 시작될 때 생성되고, 스레드가 종료되면 함께 소멸됩니다. 따라서 동기화 문제가 발생하지 않습니다.

PC Register (Program Counter Register):
- 현재 실행 중인 JVM 명령의 주소를 저장합니다.
- CPU가 명령어를 어디까지 수행했는지 추적하는 역할을 합니다.
JVM Stack (Stack Area):
- 메소드 호출 시마다 Frame이라는 단위로 쌓입니다.
- Frame 내부에는 Local Variables(지역 변수), Operand Stack(피연산자 스택), Constant Pool Reference가 포함됩니다.
- 메소드가 종료되면 Frame은 스택에서 제거(Pop)됩니다.
- Primitive Type 변수와 Reference Type 변수의 주소값이 저장됩니다.
Native Method Stack:
- Java가 아닌 다른 언어(C, C++ 등)로 작성된 네이티브 코드를 실행하기 위한 스택입니다. (JNI 사용 시)

1.2 Shared (공유 공간)¶

모든 스레드가 공유하므로 동기화(Synchronization) 문제가 발생할 수 있으며, GC(Garbage Collection)의 대상이 됩니다.

Heap Area (힙 영역):
- new 키워드로 생성된 객체(Instance)와 배열(Array)이 저장되는 공간입니다.
- GC의 주요 대상입니다.
- 효율적인 GC를 위해 Young Generation(Eden, Survivor)과 Old Generation으로 나뉩니다.
Method Area (메소드 영역):
- 클래스 로더가 로드한 클래스(Class) 정보, 필드 정보, 메소드 정보, Static 변수, 상수(Constant Pool) 등이 저장됩니다.
- Java 8부터는 Metaspace라는 이름으로 변경되어 Native Memory(OS 메모리) 영역을 사용하게 되었습니다. (PermGen 영역 제거됨)

2. Java 8 이후의 변화 (Metaspace)¶

Java 7까지 존재하던 PermGen(Permanent Generation) 영역이 Java 8부터 제거되고 Metaspace로 대체되었습니다.

PermGen: Heap 영역의 일부로, 크기가 제한적이어 OutOfMemoryError: PermGen space 오류가 자주 발생했습니다.
Metaspace: Native Memory(OS 관리 메모리)를 사용하므로, OS가 허용하는 한 유연하게 크기가 조정됩니다.

3. 요약 다이어그램 (JVM Runtime Data Areas)¶

graph TD
    subgraph Shared ["Shared Area (GC Target)"]
        Heap["Heap Area<br/>(Eden, Survivor, Old)"]
        Method["Method Area / Metaspace<br/>(Class Info, Static Vars)"]
    end

    subgraph Thread1 ["Thread 1"]
        Stack1["JVM Stack<br/>(Frames)"]
        PC1["PC Register"]
        Native1["Native Method Stack"]
    end

    subgraph Thread2 ["Thread 2"]
        Stack2["JVM Stack<br/>(Frames)"]
        PC2["PC Register"]
        Native2["Native Method Stack"]
    end

    Thread1 -.-> Shared
    Thread2 -.-> Shared

    style Shared fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:2px
    style Heap fill:#ff9,stroke:#333
    style Method fill:#9ff,stroke:#333