[Backend][Basic] 자바 메모리 구조와 가비지 컬렉션 완벽 정리

목차 ▽열기

• 1. 자바 메모리 구조: 스택과 힙
  • 스택(Stack) 메모리란?
  • 힙(Heap) 메모리란?
• 2. 로컬 변수 vs 멤버 변수
• 3. 가비지 컬렉션(Garbage Collection)이란?
  • 작동 방식
  • GC는 언제 실행되나?
• 4. GC가 제거하는 객체의 예시
• 5. Stop-the-World란?
• 6. 자바 메모리의 전체 구조 요약
• 마무리 요약

 

 

 

 

자바(Java)는 메모리 관리를 자동으로 처리하는 언어입니다. 이 말은, 개발자가 직접 메모리를 할당하거나 해제할 필요 없이 JVM(Java Virtual Machine)이 알아서 관리해준다는 뜻이죠. 그렇다면 메모리가 어떻게 나뉘고, 어디에 어떤 값이 저장되는지, 또 언제 어떻게 메모리가 정리되는지를 아는 것은 자바 개발자에게 꼭 필요한 지식입니다.

오늘은 자바의 핵심 메모리 구조인 스택(Stack), 힙(Heap), 그리고 **가비지 컬렉션(Garbage Collection)**에 대해 초보자도 쉽게 이해할 수 있도록 설명해드리겠습니다.

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1. 자바 메모리 구조: 스택과 힙

스택(Stack) 메모리란?

스택은 메서드 호출 시 사용되는 메모리 공간입니다. 함수 내부에서 선언된 지역 변수(local variable) 들은 모두 스택에 저장됩니다.

특징 요약:

• LIFO(Last In First Out) 구조
• 메서드 호출 시 할당되고, 종료 시 자동 제거
• 매우 빠른 속도
• 기본형 변수 및 참조형 변수의 주소값 저장

public void sayHello() {
    int num = 10;           // 스택에 저장
    String msg = "Hello";   // 참조값은 스택, 실제 문자열은 힙
}

 

위 코드에서 num과 msg는 스택에, "Hello" 문자열 객체는 힙에 저장됩니다.

 

 

 

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힙(Heap) 메모리란?

힙은 new 연산자를 통해 생성된 객체와 배열이 저장되는 공간입니다. 객체의 생명 주기는 직접 관리하지 않아도 되고, **가비지 컬렉터(GC)**가 알아서 삭제합니다.

특징 요약:

• 모든 스레드가 공유
• new 키워드로 생성된 객체 저장
• JVM의 GC가 관리 (자동으로 정리됨)

Example obj = new Example(); // obj는 스택, 실제 객체는 힙

 

 

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2. 로컬 변수 vs 멤버 변수

항목 로컬 변수 (Local Variable) 멤버 변수 (Member Variable)

메모리 위치	스택(Stack)	힙(Heap)
선언 위치	메서드 내부	클래스 내부
생명 주기	메서드 실행 중	객체가 존재하는 동안
초기화	반드시 초기화해야 함	자동으로 기본값 설정됨
접근 범위	메서드 내부에서만 접근 가능	클래스 내부 어디서든 접근 가능

public class Cat {
    String name; // 멤버 변수 → 힙에 저장됨

    public void speak() {
        String sound = "Meow"; // 로컬 변수 → 스택에 저장됨
    }
}

 

 

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3. 가비지 컬렉션(Garbage Collection)이란?

가비지 컬렉션은 JVM이 자동으로 사용하지 않는 객체를 탐지하고 제거하는 기능입니다. 덕분에 자바 개발자는 메모리 누수 걱정 없이 개발할 수 있습니다.

작동 방식

1. Mark (마킹): 더 이상 사용되지 않는 객체 탐색
2. Sweep (제거): 사용되지 않는 객체 메모리 제거
3. Compact (정리): 메모리 조각을 압축하여 공간 확보

GC는 언제 실행되나?

• 시스템이 메모리가 부족할 때
• 명시적으로 System.gc() 호출 시 (하지만 보장되지 않음)
• JVM이 판단했을 때 (백그라운드에서 자동 실행됨)

 

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4. GC가 제거하는 객체의 예시

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Demo obj = new Demo();
        obj = null; // 이전 객체는 더 이상 참조되지 않음 → GC 대상
    }
}

 

obj가 null이 되면서 기존 객체는 더 이상 어떤 변수도 참조하지 않게 되어 가비지 컬렉션의 대상이 됩니다.

 

 

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5. Stop-the-World란?

GC가 작동할 때 모든 스레드가 잠시 멈추는 현상을 Stop-the-World 라고 합니다. 이는 잠깐이라도 애플리케이션이 멈추게 되므로 성능에 민감한 시스템에서는 큰 이슈가 될 수 있습니다.

 

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6. 자바 메모리의 전체 구조 요약

 

[ JVM 메모리 구조 ]

        ┌─────────────────────┐
        │     Method Area     │  ← 클래스 정보, 정적 변수 등
        ├─────────────────────┤
        │        Heap         │  ← 객체, 배열
        ├─────────────────────┤
        │        Stack        │  ← 지역 변수, 메서드 호출 정보
        ├─────────────────────┤
        │     Native Stack    │  ← C 언어 등 네이티브 코드
        └─────────────────────┘

 

 

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마무리 요약

• 자바는 메모리 관리가 자동이지만, 스택과 힙의 구조를 이해하면 성능 최적화에 큰 도움이 됩니다.
• 로컬 변수는 스택, 멤버 변수는 힙에 저장됩니다.
• 가비지 컬렉션은 사용하지 않는 객체를 자동으로 제거하지만, Stop-the-World 등 성능 영향도 고려해야 합니다.
• 메모리 누수를 막고 효율적인 코드를 위해 참조 해제와 GC의 원리를 이해하는 것이 중요합니다.