메모리의 모든 것 (Stack, Heap, GC, 누수)Everything a Developer Should Know About Memory (Stack, Heap, GC, Leaks)
📅
🚀
들어가기 전에 🔗
이번 시간에는 우리가 작성한 코드가 실제로 살아 움직이는 공간, 바로
메모리(Memory)
에 대해 깊이 있게 탐구해 보겠습니다.
메모리가 어떻게 동작하는지 이해하는 것은, 단순히 CS 지식을 쌓는 것을 넘어 우리가 작성하는 프로그램의 성능과 안정성을 직접 제어할 수 있는 힘을 갖게 된다는 의미입니다.오늘은 메모리를
컴퓨터의 작업대
에 비유하여, 이 작업대가 어떻게 두 개의 공간으로 나뉘어 사용되는지(스택과 힙), 누가 이 작업대를 청소하는지(가비지 컬렉션), 그리고 어떤 문제들이 발생하는지(메모리 누수 등) 그 모든 것을 낱낱이 파헤쳐 보겠습니다.🚀
메모리: 두 개의 공간, 스택과 힙(Stack and Heap) 🔗
프로그램이 실행되면, 운영체제는 해당 프로그램을 위해 독립된 메모리 공간을 할당해 줍니다.
이 공간은 여러 영역으로 나뉘지만, 개발자에게 가장 중요한 두 공간은 바로
스택(Stack)
과 힙(Heap)
입니다.✅
1. 스택 (Stack): 질서정연한 임시 작업 공간 🔗
스택은
함수의 호출과 관련된 지역 변수, 매개변수 등이 저장되는 공간
입니다.
이름처럼 데이터가 차곡차곡 쌓이는(Push) 구조이며, 가장 나중에 쌓인 데이터가 가장 먼저 빠져나가는(Pop) LIFO(Last-In, First-Out)
방식으로 동작합니다.- 컴파일 시점에 크기가 결정되어, 예측 가능하고 매우 빠릅니다.
- 함수 호출이 끝나면 해당 함수에 할당되었던 메모리(스택 프레임)가 자동으로 정리됩니다.
- 원시 타입(Primitive Type)의 값과, 힙에 생성된 객체를 가리키는 참조 변수가 저장됩니다.
✅
2. 힙 (Heap): 자유롭지만 관리가 필요한 창고 🔗
힙은
개발자가 코드를 통해 동적으로 생성하는 객체(인스턴스, 배열 등)가 저장되는 공간
입니다.
스택처럼 정해진 순서 없이, 필요할 때마다 동적으로 메모리 공간이 할당되고 해제됩니다.- 런타임에 크기가 결정되며, 매우 큰 메모리 공간을 할당할 수 있습니다.
- 스택보다 상대적으로 느립니다.
- 개발자가 직접 관리하거나(C/C++), 가비지 컬렉터(GC)가 주기적으로 정리해 주어야 합니다.
Stack and Heap
🚀
가비지 컬렉션 (GC): 누가 힙을 청소하는가? 🔗
힙 영역은 개발자가 직접 관리하지 않으면, 더 이상 사용되지 않는 객체(쓰레기)들이 계속 쌓여 메모리 부족 문제를 일으킵니다.
자바, 자바스크립트, C# 등 대부분의 최신 언어는 이 문제를 해결하기 위해
가비지 컬렉터(Garbage Collector, GC)
라는 자동 메모리 관리 시스템을 제공합니다.GC는 마치
창고를 주기적으로 순회하며 버려진 물건을 치워주는 자동 청소 로봇
과 같습니다.
힙 영역을 돌아다니며, 더 이상 어떤 변수도 참조하지 않는 객체를 찾아내어 메모리에서 해제해 줍니다.- 단점 (Stop-the-World)GC가 동작하는 동안에는, 애플리케이션의 모든 스레드가 일시적으로 멈추는Stop-the-World현상이 발생할 수 있습니다. 이 시간이 길어지면 사용자가 서비스의 일시적인 멈춤을 경험할 수 있으므로, GC 튜닝은 고성능 애플리케이션에서 매우 중요한 과제입니다.
🚀
개발자가 마주하는 주요 메모리 문제 🔗
메모리를 직접 다루다 보면 여러 가지 문제에 부딪히게 됩니다.
✅
문제 1: 스택 오버플로 (Stack Overflow) 🔗
스택 영역은 크기가 고정되어 있는데, 이 한정된 공간을 넘어서도록 데이터를 계속 쌓으려고 할 때 발생하는 에러입니다.
- 주요 원인대부분의 경우,무한 재귀 호출(Infinite Recursion)이 원인입니다. 함수가 자기 자신을 계속해서 호출하면, 함수가 끝나지 않고 스택 프레임이 무한히 쌓이게 되어 결국 스택의 용량을 초과하게 됩니다.
✅
문제 2: 메모리 누수 (Memory Leak) 🔗
힙 영역에서, 더 이상 필요하지 않은 객체가 가비지 컬렉터에 의해 회수되지 않고 계속해서 메모리 공간을 차지하는 현상입니다.
- 주요 원인명시적으로 메모리를 해제해야 하는 언어(C/C++)에서는
free()호출을 잊는 것이 원인입니다. 자바나 자바스크립트 같은 GC가 있는 언어에서는,더 이상 사용하지 않는 객체에 대한 참조가 코드 어딘가에 계속 남아있는 경우에 발생합니다. (예: 전역 변수, 해제되지 않은 이벤트 리스너, 닫히지 않은 클로저 등)
🚀
주요 면접 예상 질문 🔗
메모리 관리는 모든 개발의 기본이므로, 그 원리를 깊이 있게 묻는 질문이 반드시 나옵니다.
✅
1. 스택과 힙의 차이점을 설명해주세요. 🔗
두 메모리 영역의 핵심적인 특징을 비교하여 설명하는 것이 중요합니다.
스택과 힙은 용도와 관리 방식이 다른 메모리 공간입니다.스택은 함수의 호출과 함께 생성되는 지역 변수와 매개변수가 저장되는 공간으로, 정적인 크기를 가지며 컴파일 시점에 할당되고 LIFO 방식으로 자동 관리됩니다. 매우 빠르다는 특징이 있습니다. 반면힙은 개발자가 코드를 통해 동적으로 생성하는 객체들이 저장되는 공간으로, 런타임에 크기가 결정되며 동적으로 관리됩니다. 스택보다 상대적으로 느리지만, 크기가 훨씬 크고 유연합니다. 힙에 할당된 메모리는 가비지 컬렉터에 의해 관리됩니다.
✅
2. 가비지 컬렉션의 역할과 단점에 대해 설명해주세요. 🔗
GC의 필요성과 그 이면의 트레이드오프를 이해하고 있는지 묻는 질문입니다.
GC는 힙 영역에서 더 이상 사용되지 않는 객체, 즉 쓰레기(Garbage)를 찾아내어 자동으로 메모리를 해제해주는 역할을 합니다. 이를 통해 개발자가 직접 메모리를 관리하는 부담을 덜어주고, 메모리 누수와 같은 실수를 방지해 줍니다. 하지만 GC의 가장 큰 단점은, GC가 실행되는 동안 애플리케이션의 모든 스레드가 일시적으로 멈추는Stop-the-World현상이 발생할 수 있다는 점입니다. 이로 인해 서비스의 응답 시간이 길어지거나 일시적인 멈춤이 발생할 수 있습니다.
✅
3. 메모리 누수란 무엇이며, 어떻게 탐지할 수 있나요? 🔗
문제 해결 능력을 확인하는 실무적인 질문입니다.
메모리 누수는 힙 영역에 할당된 객체 중 더 이상 사용되지 않음에도 불구하고, 참조가 계속 남아있어 가비지 컬렉터가 회수하지 못하고 메모리를 계속 점유하는 현상입니다. 이러한 누수가 누적되면 결국 메모리 부족(Out of Memory) 에러로 이어질 수 있습니다. 메모리 누수를 탐지하기 위해서는, JDK의 VisualVM이나 MAT(Memory Analyzer Tool)와 같은프로파일링 도구를 사용하여 주기적으로 힙 메모리 사용량을 모니터링하고,힙 덤프(Heap Dump)를 분석하여 어떤 객체가 비정상적으로 많이 쌓여있는지 확인하는 방법을 사용할 수 있습니다.
🚀
결론 🔗
오늘은 프로그램의 보이지 않는 작업 공간, 메모리에 대해 깊이 있게 알아보았습니다.
- 메모리는 크게 스택과힙이라는 두 공간으로 나뉘어 각기 다른 역할을 수행합니다.
- GC는 힙을 자동으로 청소해 주지만, 때로는 서비스를 잠시 멈추게 하는 비용이 따릅니다.
- 개발자는 스택 오버플로와메모리 누수와 같은 잠재적인 문제들을 항상 경계해야 합니다.
✅