[CS] 자바 메모리 구조: 스택(Stack)과 힙(Heap)

📌 서론

프로그래밍을 공부하다 보면 자주 마주치는 '스택'과 '힙'이라는 용어들. 한 번쯤은 들어봤을 이 두 메모리 영역에 대해 자세히 알아보겠습니다. 비전공자도 쉽게 이해할 수 있도록 실생활의 예시와 함께 설명해드리겠습니다. (비유이기 때문에 100% 일치하지 않을 수도 있습니다. 참고만 해주세요!)

💡 본론

1. 메모리 구조 개요

JVM(Java Virtual Machine)의 메모리는 크게 스택(Stack)과 힙(Heap) 영역으로 나눌 수 있습니다. 이를 실생활에 비유하자면 다음과 같습니다

• 스택(Stack): 사무실의 책상
  • 당장 필요한 물건들을 올려두고 작업
  • 공간이 제한적
  • 빠르게 접근 가능
• 힙(Heap): 창고
  • 큰 물건들을 보관
  • 상대적으로 큰 공간
  • 찾는데 시간이 좀 더 걸림

2. 스택(Stack) 메모리 심층 분석

특징

• 정해진 순서대로 데이터를 넣고 뺄 수 있는 구조
• 후입선출(LIFO: Last In First Out) 방식
• 메서드가 호출될 때마다 생성되는 임시 저장소

저장되는 데이터

public void calculateSum() {
    int a = 10;          // 스택에 저장
    int b = 20;          // 스택에 저장
    int sum = a + b;     // 스택에 저장
}

3. 힙(Heap) 메모리 심층 분석

특징

• 동적으로 메모리가 할당되는 영역
• 객체와 배열이 저장되는 공간
• 가비지 컬렉터가 관리

저장되는 데이터

Person person = new Person("John", 25);  // 객체는 힙에 저장
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();  // 컬렉션도 힙에 저장

4. 실제 활용 사례

스택 메모리 활용

• 메서드 호출 시의 매개변수
• 지역 변수
• 기본 데이터 타입 변수

힙 메모리 활용

• 객체 생성
• 배열
• 문자열
• 컬렉션(ArrayList, HashMap 등)

🔍예제 살펴보기

public class MemoryExample {
    public void memoryAllocationTest() {
        // 케이스 1: 기본 데이터 타입의 지역 변수
        int age = 25;           // 어디에 저장될까요?
        double height = 175.5;  // 어디에 저장될까요?

        // 케이스 2: 참조 타입의 지역 변수
        String name = "John";   // 변수와 실제 문자열은 어디에 저장될까요?

        // 케이스 3: 배열 선언
        int[] scores = new int[5];  // 배열 변수와 실제 배열은 어디에 저장될까요?

        // 케이스 4: 객체 생성
        Person person = new Person("Alice", 30);  // 객체 참조와 실제 객체는 어디에 저장될까요?

        // 케이스 5: 컬렉션 프레임워크 사용
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();  // ArrayList 변수와 실제 객체는 어디에 저장될까요?
        list.add("Hello");  // 추가된 데이터는 어디에 저장될까요?
    }
}

 

케이스 1: 기본 데이터 타입

• age: 스택 메모리에 직접 저장 (25라는 값 자체가 스택에 저장)
• height: 스택 메모리에 직접 저장 (175.5라는 값 자체가 스택에 저장)

케이스 2: String 변수

• name 변수: 스택 메모리에 저장 (참조값 저장)
• "John" 문자열 객체: 힙 메모리에 저장 (실제 문자열 데이터)

케이스 3: 배열

• scores 변수: 스택 메모리에 저장 (참조값 저장)
• 실제 배열 [0,0,0,0,0]: 힙 메모리에 저장 (실제 배열 데이터)

케이스 4: 사용자 정의 객체

• person 변수: 스택 메모리에 저장 (참조값 저장)
• Person 객체 자체: 힙 메모리에 저장 (name, age 등의 실제 데이터)

케이스 5: 컬렉션

• list 변수: 스택 메모리에 저장 (참조값 저장)
• ArrayList 객체: 힙 메모리에 저장
• "Hello" 문자열: 힙 메모리에 저장

🔍 핵심 포인트

1. 스택에 저장되는 것

• 기본 타입 지역 변수의 실제 값
• 참조 타입 지역 변수의 참조값

2. 힙에 저장되는 것

• 모든 객체의 실제 데이터
• 배열의 실제 데이터
• String의 실제 문자열 데이터
• 컬렉션의 실제 데이터

 

int[] numbers = new int[5];

🎯 결론

스택과 힙은 각각의 특성과 용도에 맞게 효율적으로 메모리를 관리합니다.

요약 정리

1. 스택
   • 빠른 액세스
   • 자동 메모리 관리
   • 크기 제한적
   • 임시 데이터 저장에 적합
2. 힙
   • 동적 메모리 할당
   • 가비지 컬렉터로 관리
   • 큰 메모리 공간
   • 객체 저장에 적합

마무리

메모리 구조를 이해하는 것은 효율적인 프로그래밍을 위한 첫걸음입니다. 스택과 힙의 특성을 잘 이해하고 활용한다면, 더 나은 프로그램을 작성할 수 있을 것입니다.

📚 추가 학습 자료

• JVM 구조와 메모리 관리