⚡ Java - JVM 메모리 구조와 GC의 동작 원리

🔹 JVM 메모리 구조

• JVM은 Java 애플리케이션 실행을 위해 여러 메모리 영역을 나눠 관리한다.

▫️ 메서드 영역(Method Area)

• 클래스의 구조 정보, static 변수, 상수 풀 등이 저장
• 모든 스레드가 공유
• JDK 8 이후로는 Metaspace로 대체

▫️ 힙 영역(Heap)

• 객체가 생성되는 공간
• GC의 주요 대상
• Young 영역과 Old 영역으로 나뉨

▫️ 스택 영역(JVM Stack)

• 메서드 호출 시 생성되는 프레임 저장
• 지역 변수, 매개변수, 리턴 값 등 저장
• 각 스레드마다 독립적으로 존재

▫️ PC 레지스터, 네이티브 메서드 스택

• 각각의 스레드가 실행 중인 명령어 주소 저장
• C/C++로 작성된 native 코드 실행에 사용

🔹 힙 영역의 세분화

▫️ Young Generation

• 새로 생성된 객체가 저장되는 공간
• Eden 영역 + 두 개의 Survivor 영역(S0, S1)으로 구성
• 대부분의 객체는 이 영역에서 생성되고 소멸됨

▫️ Old Generation

• Young 영역에서 살아남은 객체가 이동
• 비교적 수명이 긴 객체가 존재
• GC 발생 빈도는 낮지만, 한번 발생하면 비용이 큼

🔹 GC의 기본 원리

• GC(Garbage Collection)는 더 이상 사용되지 않는 객체를 탐지하고 제거하여 메모리를 회수하는 기능이다.

▫️ 참조 체계

• 객체가 다른 객체에 의해 참조되지 않을 때 GC 대상이 됨
• JVM은 참조 그래프 기반으로 객체 생존 여부를 판단

🔹 GC 알고리즘 종류

▫️ Mark and Sweep

• 사용 중인 객체를 표시(mark)
• 미사용 객체를 제거(sweep)
• 단점: 메모리 단편화 발생 가능

▫️ Copying

• 살아있는 객체를 새로운 공간으로 복사
• 복사 후 전체 메모리 정리
• Young 영역에서 자주 사용(Minor GC)

▫️ Mark-Compact

• Mark and Sweep 이후, 살아있는 객체를 한쪽으로 몰아서 압축
• 단편화 문제 해결
• Old 영역에서 사용(Major GC)

▫️ Generational GC

• 객체의 생존 기간에 따라 Young과 Old로 나누어 관리
• 대부분의 객체는 생성 후 금방 사라진다는 가정에 기반

🔹 GC의 종류(JVM 구현 기준)

▫️ Serial GC

• 단일 스레드로 GC 수행
• 단순 구조, 작은 애플리케이션에 적합

▫️ Parallel GC

• 여러 스레드로 Young 영역 GC 수행
• Throughput 위주

▫️ CMS(Concurrent Mark-Sweep)

• GC 작업을 애플리케이션 실행과 병행 수행
• Stop-The-World 시간이 짧음
• 단점: 메모리 단편화 가능

▫️ G1 GC (Garbage First)

• Young, Old를 구분하지 않고 Region 단위로 메모리 관리
• 예측 가능한 GC 시간 제공
• JDK 9부터 기본 GC

🔹 Minor GC vs Major GC

구분	Minor GC	Major GC(Full GC)
대상	Young 영역	Old 영역 전체
속도	빠름	느림
발생 빈도	자주	드묾 (하지만 비용 큼)
Stop-the-World	발생함	발생함

🔹 GC 튜닝 시 고려 사항

• 애플리케이션의 메모리 사용 패턴 파악이 중요
• Throughput 우선인지, 응답 시간 우선인지에 따라 GC 선택 달라짐
• GC 로그 분석, -Xmx, -Xms, -XX:+UseG1GC 등의 옵션 사용

🔹 정리

• JVM의 GC는 객체의 생애주기를 관리하여 메모리 누수를 방지하고, 안정적인 메모리 사용을 보장한다.
• GC 알고리즘의 원리와 JVM 내부 구조를 함께 이해하면, 성능 튜닝이나 장애 분석에 효과적으로 대응할 수 있다.