자바 메모리 구조 (JVM)

자바를 공부하다 보면 “힙에 저장된다”, “스택에 올라간다”는 표현을 자주 접하게 됩니다. 하지만 이 영역들이 실제로 어떻게 구성되어 있고, 어떤 기준으로 데이터가 나뉘는지는 명확히 정리하지 않으면 헷갈리기 쉽습니다.

이 글에서는 JVM(Java Virtual Machine)의 메모리 구조를 영역별로 정리하고, 각 영역이 어떤 역할을 하는지 설명합니다.

1. JVM 메모리 구조 개요

JVM은 자바 프로그램을 실행할 때 메모리를 크게 다음과 같은 영역으로 나누어 관리합니다.

크게 모든 스레드가 공유하는 영역과 스레드마다 독립적으로 생성되는 영역으로 나뉩니다.

영역	공유 여부
Method Area	공유
Heap	공유
Stack	스레드별 독립
PC Register	스레드별 독립
Native Method Stack	스레드별 독립

2. Method Area (메서드 영역)

클래스 로더가 클래스를 로딩할 때 메서드 영역에 정보를 저장합니다.

저장되는 내용 (JVM 스펙 기준):

• 클래스의 메타데이터 (클래스 이름, 부모 클래스, 인터페이스 정보 등)
• 런타임 상수 풀 (Runtime Constant Pool) — 숫자 상수, 문자열 리터럴에 대한 심볼릭 레퍼런스 등
• 메서드 바이트코드

static 변수의 실제 저장 위치 (HotSpot 기준): JVM 스펙에서는 static 변수를 Method Area에 두도록 정의하지만, Java 8 이후 HotSpot 구현에서는 Class<?> 객체가 힙(Heap)에 올라가며 static 필드는 그 객체에 붙어 힙에 저장됩니다. Metaspace에는 클래스 메타데이터(구조 정보)만 들어갑니다.

JVM 스펙에서는 이 영역을 Non-Heap으로 분류하며, Java 8부터는 Metaspace라는 이름으로 네이티브 메모리 영역에 위치합니다. (Java 7 이하에서는 PermGen에 위치)

Java 8의 변화: PermGen(Permanent Generation)이 제거되고 Metaspace로 대체되었습니다. PermGen은 JVM 힙 내에 고정 크기로 존재했지만, Metaspace는 OS 네이티브 메모리를 사용하므로 기본적으로 크기 제한이 없습니다.

3. Heap Area (힙 영역)

가장 넓은 메모리 영역으로, new 키워드로 생성된 객체 인스턴스와 배열이 저장됩니다.

String name = new String("Alice");  // "Alice" 객체는 힙에 저장
int[] arr = new int[10];            // 배열도 힙에 저장

힙은 GC(Garbage Collector)의 관리 대상입니다. 더 이상 참조되지 않는 객체는 GC에 의해 수거됩니다.

힙의 세부 구조 (Generational GC 기준)

• Eden: 새로 생성된 객체가 위치하는 공간
• Survivor (S0, S1): Minor GC에서 살아남은 객체가 이동하는 공간
• Old Generation: 여러 번의 GC에서 살아남아 오래된 것으로 판단된 객체가 이동하는 공간

4. Stack Area (스택 영역)

스레드가 생성될 때 각 스레드마다 독립적인 스택이 만들어집니다. 메서드가 호출될 때마다 **스택 프레임(Stack Frame)**이 쌓이고, 메서드가 종료되면 해당 프레임이 제거됩니다.

스택 프레임에는 다음이 저장됩니다:

• 지역 변수 (Local Variables)
• 메서드 호출 시 전달되는 매개변수
• 연산 중간 결과 (Operand Stack)
• 현재 클래스의 런타임 상수 풀 참조

void foo() {
    int x = 10;       // x는 스택 프레임에 저장
    String s = "hi";  // s(참조값)는 스택, "hi" 객체는 힙
    bar(x);
}

void bar(int n) {
    // bar의 스택 프레임이 foo 위에 쌓임
}

스택은 크기가 제한되어 있어, 재귀 호출이 너무 깊어지면 StackOverflowError가 발생합니다.

5. PC Register (프로그램 카운터 레지스터)

각 스레드마다 독립적으로 존재하며, 현재 실행 중인 JVM 명령어의 주소를 저장합니다. 스레드 스케줄링 후 재개 시 어느 명령어부터 실행해야 하는지 추적하는 용도입니다.

네이티브 메서드를 실행 중일 때는 값이 undefined입니다.

6. Native Method Stack (네이티브 메서드 스택)

Java가 아닌 C/C++ 등의 네이티브 코드(native 키워드 메서드)를 실행할 때 사용되는 스택입니다. JNI(Java Native Interface)를 통해 호출되는 네이티브 메서드의 실행 컨텍스트를 저장합니다.

7. 스택 vs 힙 정리

구분	Stack	Heap
저장 대상	지역 변수, 지역 참조 변수(참조값), 메서드 호출 정보	객체 인스턴스, 배열, 객체 필드의 참조값
생명주기	메서드 종료 시 자동 해제	GC가 회수할 때까지 유지
크기	작고 고정적	크고 동적
공유	스레드별 독립	모든 스레드 공유
속도	빠름	상대적으로 느림

8. 자주 묻는 질문

String은 어디에 저장되나?

두 개념을 구분해야 합니다.

• Runtime Constant Pool (Method Area): 소스 코드의 문자열 리터럴에 대한 심볼릭 레퍼런스를 보관합니다. 실제 객체가 아닌 “어디에 있는 String을 가리킬지”에 대한 참조 엔트리입니다.
• String Pool (Heap): intern된 실제 String 객체가 저장되는 곳입니다. 리터럴로 선언한 문자열은 JVM이 자동으로 intern하여 이곳에 보관하고, 동일한 리터럴이 등장하면 같은 객체를 재사용합니다.

String a = "hello";              // String Pool의 객체를 가리킴
String b = "hello";              // 동일한 객체 재사용
String c = new String("hello");  // 힙의 일반 영역에 새 객체 생성

System.out.println(a == b);  // true  (같은 객체)
System.out.println(a == c);  // false (다른 객체)

static 변수는 어디에 저장되나?

JVM 스펙에서는 Method Area에 두도록 정의하지만, Java 8 이후 HotSpot 기준으로는 힙(Heap)에 저장됩니다. Class<?> 객체가 힙에 생성되고, static 필드는 그 객체에 속해 있습니다. 클래스가 로딩되는 시점에 메모리가 할당되고, 해당 클래스가 언로드될 때까지 유지됩니다.

메서드 내 지역 변수로 선언한 객체 참조는?

참조 변수(주소값)는 스택에, 실제 객체는 힙에 저장됩니다.

void example() {
    User user = new User();
    // user 참조값 → 스택
    // User 객체    → 힙
}