Java 메모리 레벨 이해

#JDK #JRE #JVM #클래스 #객체 #클래스멤버 #객체멤버 #static #stack #heap

 

Java 구동 과정: JDK, JRE, JVM

- 실행환경 (OS/HW의 조합) 에 관계 없이 하나의 소스 코드를 작성하면 하나의 오브젝트 파일로 컴파일된다. (Write Once Use Anywhere)

- 실행환경에 맞는 JRE를 설치하면 오브젝트 파일을 실행 가능하다. (그림 상 2개의 JRE는 실행환경 별 JRE를 의미)

 

- JDK는 컴파일러 (javac.exe) 를 포함하며, JRE는 실행기 (java.exe) 를 포함한다.

- JDK를 통해 컴파일된 자바 프로그램은 JVM 상에서 JVM의 OS인 JRE에 의해 구동된다.

- 편의상 JDK ⊃ JRE ⊃ JVM 의 형태로 배포된다.

- JDK를 실행환경 별로 다운로드 받을 수 있다: https://www.oracle.com/kr/java/technologies/javase-jdk11-downloads.html

 

 

클래스와 객체

- 클래스 = 분류 (같은 특성을 지닌 여러 객체의 총칭)

Instantiation ↓ ↑ Abstraction 

- 객체 = 실체 (유일무이한 사물)

Mouse mickey = new Mouse();
// 좌변: Mouse 객체에 대한 참조 변수 mickey를 만들어 stack 영역에 배치한다.
// 우변: Mouse 클래스의 인스턴스를 만들어 heap 영역에 배치한다. (Mouse 클래스의 생성자 호출)
// 대입: heap 영역에 만든 Mouse 객체의 포인터를 참조 변수 mickey에 대입한다.

 

 

클래스 멤버와 객체 멤버

- 클래스 멤버 = 정적 멤버

: static 키워드가 붙어있으며, 해당 클래스의 모든 객체가 공유한다.

: 최초 JVM 구동 시 static 영역에 할당되며 객체의 존재 여부와 관계 없이 사용할 수 있다.

- 객체 멤버 = 인스턴스 멤버

: static 키워드가 없으며, 각 객체가 별도의 저장 공간에 다른 값을 저장한다.

: 클래스가 static 영역에 할당될 때 실제 메모리 공간을 확보하지 않고 이름만 가지고 있다가, 실제로 객체가 생성될 때 heap 영역에 메모리 공간이 할당된다.

(객체의 특성이 아닌 클래스의 특성이라면 매번 heap에 메모리를 잡지 않고 static에 1번만 잡는 것이 효율적이라는 측면에서도 이해할 수 있다.)

public class Mouse {
    String name;                  // 객체 멤버
    int age;                      // 객체 멤버
    static int countOfTail = 1;   // 클래스 멤버
    ...
}

 

메모리 구조: code/data(static)/stack/heap

1. code

- 컴파일된 코드 저장 영역이다.

 

2. data(static)

- main() 메서드 시작 전에 모든 클래스들과 임포트된 패키지가 가장 먼저 static 영역에 할당된다. main() 메서드 종료 전까지 계속 상주한다.

- 클래스 멤버는 메모리 공간을 할당받으며 객체 멤버는 이름만 가지고 있는다.

 

3. stack

- 최초 static 영역 할당 후 main() 메서드 스택 프레임이 stack 영역에 할당되는 것부터 시작한다.

- (클래스를 만드는 중괄호 외에) 여는 중괄호마다 stack 영역에 스택 프레임이 할당되며 닫는 중괄호에서 제거된다.

- 메서드를 열 때 ▷ 메서드 스택 프레임 / 메서드 내에서 제어문을 열 때 ▷ 블럭 스택 프레임

- 스택 프레임 내에 적절히 변수가 할당된다: 지역 변수 (Local variable)

- 메서드 스택 프레임의 경우 리턴값과 파라미터값을 저장하는 공간이 가장 먼저 생긴다. (메서드 스택 프레임은 제거되기 직전 리턴값을 caller에게 전달한다: Call by value)

- (당연히) 내부→외부 스택 프레임은 접근 가능하며 외부→내부는 불가능하다. 독립된 스택 프레임에도 접근 불가능하다.

 

4. heap

- 객체 생성 시마다 heap 영역에 메모리 공간이 할당된다.

- 해당 객체를 참조하는 객체 참조 변수가 없다면 Garbage Collector가 수거한다. (위 예제에서 mickey = null이 된다면)

 

 

※ 즉 변수는 아래 3가지 타입으로 생각할 수 있다.

- static 영역에 할당되는 클래스 멤버 변수 (= 정적 변수)

- heap 영역에 할당되는 객체 멤버 변수 (= 인스턴스 변수)

- stack 영역에 할당되는 지역 변수

 

※ stack은 Compile time에, heap은 Runtime에 크기가 결정된다.

 

 

 

Reference

스프링 입문을 위한 자바 객체 지향의 원리와 이해 / 김종민 (~107p)