Java 코드가 실행되는 환경

Java 코드를 작성하면 javac가 .class 바이트코드로 컴파일하고, JVM이 그것을 실행한다. “Write Once, Run Anywhere"가 가능한 이유가 여기 있다. 운영체제마다 다른 JVM이 바이트코드를 해석하기 때문이다.

JVM 내부를 간단히 표현하면:

[ .class 바이트코드 ]
         ↓
[ JVM ]
  ├─ ClassLoader     : 클래스 파일 로드
  ├─ Execution Engine: 바이트코드 실행 (인터프리터 + JIT)
  ├─ Garbage Collector: 불필요한 객체 메모리 회수
  └─ Runtime Data Areas: 메모리 영역

Heap vs Stack — 면접 단골 질문

JVM 메모리에서 가장 중요한 두 영역이다.

public void method() {
    int x = 10;              // x → Stack
    User user = new User();  // user 참조 → Stack, User 인스턴스 → Heap
    String s = "hello";      // s 참조 → Stack, "hello" 객체 → Heap
}
// 메서드 종료 → x, user, s 참조는 Stack에서 자동 제거
// Heap의 객체는 GC가 나중에 처리

StackOverflowError는 주로 무한 재귀 호출 때 발생한다.

GC — 메모리를 자동으로 정리한다

Java가 C/C++과 다른 결정적인 차이 중 하나가 GC다. 개발자가 직접 메모리를 해제하지 않아도 된다.

약한 세대 가설

GC 설계의 핵심 전제다.

“대부분의 객체는 생성 직후 짧은 시간 내에 죽는다.”

HTTP 요청 하나를 처리할 때 생각해보자. 요청 파라미터, DTO, 응답 객체 등 대부분은 요청이 끝나면 더 이상 필요 없다. 반면 서비스 객체, 캐시 데이터는 오래 살아남는다.

이를 기반으로 Heap을 Young / Old 영역으로 나눈다.

GC 동작 과정

Eden (새 객체 생성)
  ↓ Minor GC (Eden 꽉 참)
Survivor 0/1 (살아남은 객체, age +1)
  ↓ age가 15 초과
Old Generation (오래 살아남은 객체)
  ↓ Old 영역 꽉 참
Full GC (전체 정리 — 오래 걸림)

Minor GC는 Young 영역만 청소해서 빠르다. Full GC는 전체를 다 보기 때문에 느리다.

Stop-the-World

GC가 실행되는 동안 애플리케이션의 모든 스레드가 멈춘다. 메모리를 정리하는 중에 객체 참조가 바뀌면 안 되기 때문이다.

Spring 애플리케이션에서 갑자기 응답이 느려지거나 타임아웃이 발생하는 원인 중 하나가 Full GC의 긴 STW다.

GC 종류 — 지금은 G1GC가 기본

G1 GC는 Heap을 고정 크기 Region으로 나누고 가비지가 많은 Region부터 수집한다. JVM 옵션으로 STW 목표 시간을 설정할 수 있다.

-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200   # 목표 STW 200ms
-Xms2g -Xmx4g              # 최소/최대 Heap 크기

OOM, 왜 발생하나

OutOfMemoryError가 발생하면 로그에 이유가 나온다.

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  → Heap 부족. 객체가 너무 많거나 메모리 누수.

java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
  → 클래스가 너무 많이 로드됨.

java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
  → GC가 열심히 해도 회수되는 메모리가 너무 적음.

가장 흔한 메모리 누수 패턴:

// 1. static 컬렉션에 계속 추가 — GC가 회수 못함
static List<Object> cache = new ArrayList<>();
// 이 cache를 지우는 코드가 없으면 계속 쌓임

// 2. ThreadLocal을 제거하지 않음 (스레드 풀 환경)
threadLocal.set(value);
// 반드시: threadLocal.remove();

// 3. 이벤트 리스너 미해제
button.addListener(listener);
// 해제하지 않으면 listener 객체가 계속 참조됨

JIT 컴파일러 — 왜 JVM은 “워밍업"이 필요한가

JVM은 처음에는 바이트코드를 인터프리터로 실행하다가, 자주 실행되는 코드(핫스팟)를 감지하면 네이티브 코드로 컴파일해서 캐시한다.

초기 실행: 인터프리터 (느림)
워밍업 후: JIT 컴파일된 네이티브 코드 (빠름)

Spring Boot 앱을 배포했을 때 처음 몇 분간 응답이 느린 이유가 여기 있다. GraalVM Native Image는 이 워밍업 문제를 해결하기 위해 빌드 시점에 미리 컴파일한다.

마치며

JVM 메모리 구조를 이해하면 “왜 이 에러가 났는지"를 추론할 수 있다. StackOverflowError면 무한 재귀를 의심하고, OutOfMemoryError: Java heap space면 메모리 누수나 객체 생성 패턴을 살펴봐야 한다.

다음 편에서는 자주 쓰는 컬렉션 내부가 어떻게 동작하는지 살펴본다.