우리는 앞서 자바의 메모리 구조 강의에서 Stack과 Heap, Method Area에 대해서 간략히 배웠습니다.

해당 강의에서는 Thread를 모른 채 하나의 실행 흐름만 생각하며 배웠었습니다. 이제 Thread와 메모리 구조에 대해서 좀 더 연결해서 배워보는 시간입니다.

이번에는 쉬어가는 강의입니다.

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1. Thread와 메모리

Thread와 메모리 관계를 들어가기 전에 기억이 안날 수도 있으므로 이전에 배웠던 Stack과 Heap, Method Area에 대해 다시 한번 정리하고 시작하겠습니다.

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자바의 메모리 구조

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Stack

Stack은 Stack Frame 단위로 나누어져 있으며, Thread가 새로운 메서드가 실행되거나 탈출할 때마다 Stack Frame이 생성 및 소멸을 합니다. Stack Frame에는 메서드 내부의 로컬 변수를 관리하는 Local Variables Array와 연산 과정을 일시적으로 저장하는 Operand Stack, 그리고 메서드 종료 시 돌아와야 할 주소나 그 외 메서드에 대한 정보를 가지고 있는 Frame Data로 나뉘어 있습니다.

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Heap

Heap은 인스턴스 생성 시 인스턴스가 저장되는 메모리 공간입니다. 인스턴스는 참조 여부에 따라 Garbage Collector에 의해 수집 및 소멸되며, 참조 값을 이용하여 인스턴스의 메모리 공간에 접근할 수 있습니다. 문자열 상수를 관리하는 String Constant Pool이 Heap 메모리 공간에 포함되어 있습니다.

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Method Area

Method Area는 클래스 정보, 필드 정보, 메서드에 대한 정보, 인터페이스, 심볼릭 레퍼런스 등 자바 프로그램을 실행시키기 위한 다양한 정보를 가지고 있습니다. 클래스 정적 변수와 클래스 정적 메서드도 Method Area 메모리 공간에 포함되며 상수 관련한 데이터를 가지고 있는 Run-Time Constant Pool도 포함되어 있습니다.

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Thread에서 자바 메모리를 어떻게 이용하는가

Thread는 Stack을 제외한 Heap 메모리와 Method Area 메모리 공간을 공유합니다.

각 Thread는 자기 자신의 Stack Memory를 가지고 있으며, Thread 끼리 Stack memory 공간을 침범할 수 없습니다.

이 같은 특성을 다시 말하자면 인스턴스 변수나 정적 변수는 Thread가 공유할 수 있으나, 메서드 내의 로컬 변수(지역 변수)는 Thread Stack에서 운용되므로 다른 Thread와 공유할 수 없습니다.

예제 코드

public class Cafe implements Runnable {
    public String cafeName = "카페";

    // Thread가 호출하는 makeCoffee는
    // 다른 스레드가 침범할 수 없다
    // 다만 메서드 내에서 로컬 변수만이 아닌
    // 인스턴스 변수를 사용한다면 다른 얘기이다
    public int makeCoffee() {
        int salt = 3;
        int sugar = 2;
        int caffeine = 20;
       return salt + sugar + caffeine;
    }

    public void run() {
        // 각 스레드가 로컬 변수에는 접근할 수 없다
        System.out.println(makeCoffee());
        // 각 스레드는 인스턴스 변수에 접근할 수 있다
        System.out.println(cafeName);
    }
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Cafe cafe = new Cafe();

        // Main Thread에서 변수값 변경
        cafe.cafeName = "카페A";
 
        Thread threadA = new Thread(cafe);
        Thread threadB = new Thread(cafe);

        threadA.start();
        threadB.start();

        // 25
        // 카페A
        // 25
        // 카페A

        // Main Thread에서 변경한 값이 서브 스레드에서
        // 접근할 때도 변경된 값으로 출력된다
    }
}

로컬 변수(지역 변수) 라 함은 makeCoffee() 메서드 내부에 선언된 변수처럼 Stack에 일시적으로 할당 했다가 사용하고 소멸되는 변수를 말합니다.

그러나 인스턴스 변수는 Cafe 인스턴스가 소멸되지 않는 한 어느 Thread에서도 접근이 가능하므로, 값이 변경될 경우 변경된 값을 읽을 수 있습니다.

이유는 Heap 메모리를 공유하므로 참조값을 통해 Heap 메모리의 인스턴스에 접근할 수 있기 때문입니다.

인스턴스 변수 뿐만 아니라 정적 변수도 공유합니다.

그러므로, 인스턴스 변수나 정적 변수는 Thread 간에 영향을 줄 수 있으므로 특별한 이유가 아닌 이상 변경되지 않는 값을 읽는 것은 상관 없어도, 변경될 수 있는 값을 읽는 것은 피하는 것이 좋습니다.