자바 프로그래밍에서 메모리 관리는 매우 중요한 요소이다.
특히 메서드 스택 프레임, 변수 종류에 따른 메모리 할당, 멀티 스레드 및 멀티 프로세스에 대한 이해는 효율적인 자바 프로그램을 작성하는 데 필수적이다.
메서드 스택 프레임
메서드 스택 프레임은 자바에서 메서드가 호출될 때마다 생성되는 메모리 구조이다.
각 메서드 호출 시 스택 프레임이 스택에 추가되고, 메서드가 종료되면 해당 스택 프레임이 스택에서 제거된다.
- 스택 프레임의 구성:
- 지역 변수 영역(Local Variable Area): 메서드 내부에서 선언된 지역 변수들이 저장된다.
- 연산 스택(Operation Stack): 메서드 실행 중에 필요한 중간 계산 결과를 저장한다.
- 프레임 데이터(Frame Data): 메서드 호출과 반환에 필요한 데이터, 예를 들어 이전 메서드의 스택 프레임 참조 및 리턴 주소 등이 포함된다.
변수 종류에 따른 메모리 할당
자바에서 변수는 크게 세 종류로 나뉜다.
지역 변수, 인스턴스 변수, 클래스 변수. 이들은 각기 다른 메모리 영역에 할당된다.
- 지역 변수(Local Variable):
- 할당 위치: 스택 메모리
- 특징: 메서드 내에서 선언되며, 해당 메서드가 종료되면 메모리에서 해제된다.
- 예시: void method() { int localVar = 10; }
- 인스턴스 변수(Instance Variable):
- 할당 위치: 힙 메모리
- 특징: 클래스의 인스턴스가 생성될 때 할당되며, 해당 인스턴스가 가비지 컬렉터에 의해 수거될 때 해제된다.
- 예시: class MyClass { int instanceVar; }
- 클래스 변수(Class Variable):
- 할당 위치: 스태틱 영역(static area)
- 특징: 클래스가 처음 로드될 때 할당되며, 프로그램이 종료될 때 해제된다. static 키워드를 사용하여 선언한다.
- 예시: class MyClass { static int classVar; }
메서드 호출과 메모리
메서드 호출 시, 자바는 다음과 같은 단계를 통해 메모리를 관리한다.
1. 메서드 호출: 새로운 스택 프레임이 스택에 추가된다.
2. 매개변수 전달: 호출된 메서드의 매개변수들이 스택 프레임에 저장된다.
3. 지역 변수 할당: 메서드 내부에서 선언된 지역 변수들이 스택 프레임의 지역 변수 영역에 할당된다.
4. 연산 수행: 메서드의 로직이 실행되면서 필요한 중간 연산 결과는 연산 스택에 저장된다.
5. 메서드 반환: 메서드가 종료되면, 해당 스택 프레임이 스택에서 제거되고, 호출한 메서드로 제어가 돌아간다.
멀티 스레드와 멀티 프로세스의 메모리 할당
자바는 멀티 스레딩을 통해 여러 작업을 동시에 수행할 수 있다.
멀티 프로세스와의 차이점과 각각의 메모리 할당 방식은 다음과 같다.
- 멀티 스레드(Multi-thread)
- 공유 메모리: 모든 스레드는 동일한 힙 메모리를 공유한다.
- 개별 스택: 각 스레드는 자신의 스택 메모리를 가진다. 따라서 스레드 간의 지역 변수는 독립적이다.
- 장점: 스레드 간의 데이터 교환이 빠르며, 스레드 생성이 프로세스보다 가볍다.
- 단점: 동기화 문제로 인해 교착 상태(데드락)나 경쟁 상태(race condition) 발생 가능성이 있다.
- 멀티 프로세스(Multi-process)
- 독립 메모리: 각 프로세스는 독립된 메모리 공간을 가진다.
- 프로세스 간 통신: 프로세스 간 데이터 교환은 IPC(Inter-Process Communication)를 통해 이루어지며, 이는 비교적 느리다.
- 장점: 한 프로세스의 문제가 다른 프로세스에 영향을 미치지 않는다.
- 단점: 프로세스 생성과 데이터 교환이 스레드보다 무겁다.
이것저것하고 싶은 개발자