TaeYoung Kim
코딩아카이브
Android관련 쓰면서 공부하기 중

메모리 릭에 대해(Memory Leak)

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Memory Leak

Java(더 정확히 말하면 JVM)의 핵심 이점 중 하나는 바로 garbage collector (GC) 일 것이다. garbage collector가 알아서 메모리를 할당하고 해제해주는 덕분에 우리는 메모리에 대해 걱정하지 않고 새로운 object를 만들 수 있다.

그럼 정말 garbage collector가 알아서 메모리를 할당하고 해제해주니깐 걱정을 안해도 될까?

절대 아니다! 우리는 가비지 컬렉터가 어떻게 작동하는지 제대로 이해해야, 가비지 컬렉터가 메모리를 해방시켜 out-of-memory exception과 앱에서 지연을 초래할 수 있는 Memory Leak를 방지할 수 있다.

Memory Leak이란?

Failure to release unused objects from the memory란 말은 애플리케이션에 GC가 메모리에서 지울 수 없는 미사용 개체가 있다는 말이다.

메모리에서 GC가 미사용 개체를 지우는데 실패했을때, 애플리케이션 또는 메서드가 끝날 때까지 메모리에서 지우지 못한 미사용 개체가 메모리를 점유하게 된다. (케바케일수있다.)

**Memory Leaks: 일시적 vs 영구적**

Memory Leak은 두 가지로 나눌수 있다:

애플리케이션이 종료될때까지 메모리를 차지하고 있는것(영구적)과 메소드가 종료될때까지 메모리를 차지하고 있는것(일시적)이 있다.

첫번째(애플리케이션 종료)는 간단하게 앱이 종료되면 GC는 앱이 사용한 모든 메모리를 해제합니다.

두번째(메소드 종료)는 설명이 조금 필요하다. 아래 예시를 보자

Method X가 있다고 가정해 보겠습니다. Method X는 완료하는 데 5분이 소요되는 백그라운드에서 작업을 수행하고 있으며 일부 문자열을 검색하기 위해 액티비티 컨텍스트를 제공했습니다. 1분 후에 activity를 닫기로 결정했지만 메서드는 여전히 실행 중이며 작업을 완료하는 데 4분이 더 필요합니다. 이 시간 동안 우리는 더 이상 사용되지 않는 activity 객체를 보유하고 있으며 GC는 이를 메모리에서 해제할 수 없습니다. 메서드가 작업을 완료하면 GC가 다시 실행되고 메모리에서 지우고 회수할 수 있다.

우선 memory leaks과 garbage collector에 대해 더 알아보기 전에 먼저 기본부터 알아보고 들어가는게 좋을거같다.

RAM(Memory)이란?

RAM (Random access memory)은 현재 실행 중인 애플리케이션과 해당 데이터를 저장하는 데 사용되는 Android 장치 또는 컴퓨터의 메모리입니다.

RAM의 두가지 주요 특 으을 하명명면 첫번째는 Heap 그리고 두번째는 Stack입니다.

이제 이 두가지에 대해 알아봅시다.

Heap 및 Stack

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간단하게 설명하자면, Stack은 정적 메모리 할당에 사용되고 Heap은 동적 메모리 할당에 사용됩니다. Heap과 Stack이 모두 RAM에 저장된다는 점에 유의하십시오.

Heap 메모리에 대한 추가 정보

Java Heap 메모리는 가상 머신에서 개체를 할당하는데 사용됩니다. 객체를 생성할때 마다 항상 Heap에 생성이 됩니다. JVM또는 DVM과 같은 가상 머신은 정기적인 garbage collector (GC)를 수행하여 더 이상 참조되지 않는 모든 객체의 Heap 메모리를 향후 할당에 사용할 수 있도록 합니다.

원할한 사용자가 경험을 제공하기 위해 Android는 실행 중인 각 애플리케이션의 Heap 크기에 엄격한 제한을 설정합니다. Heap 크기 제한은 기기마다 다르며 장치의 RAM 용량에 따라 다릅니다. 앱이 이 Heap 제한에 도달하고 더 많은 메모리를 할당하려고 하면 앱이 수신하고 [OutOfMemoryError](https://developer.android.com/reference/java/lang/OutOfMemoryError.html)종료됩니다.

애플리케이션의 Heap 크기가 얼마인지 궁금하신가요?

안드로이드에는 Dalvik VM(DVM)이 있습니다. DVM은 모바일 장치에 최적화된 고유한 Java 가상 머신입니다. 메모리, 배터리 수명 및 성능을 위해 가상 머신을 최적화하고 각 애플리케이션에 대한 메모리 양을 분배하는 역할을 합니다.

DVM의 두 줄에 대해 이야기해 보겠습니다.

  1. dalvik.vm.heapgrowthlimit:

    이 줄은 응용 프로그램의 Heap 크기에서 Dalvik이 시작되는 방식을 기반으로 합니다. 각 애플리케이션의 기본 Heap 크기입니다. 앱이 도달할 수 있는 최대값!

  2. dalvik.vm.heapsize:

    이 줄은 더 큰 Heap에 대한 최대 Heap 크기를 나타냅니다. 애플리케이션 매니페스트(android:largeHeap=”true”)에서 더 큰 Heap을 Android에 요청하여 이를 달성할 수 있습니다.

앱에서 더 큰 Heap을 사용하지 마세요. 이 단계의 부작용을 정확히 알고 있는 경우에만 수행하십시오. 여기에서 주제를 계속 연구하는 데 충분한 정보를 제공할 것입니다.

다음은 장치 RAM에 따라 얻은 Heap 크기를 보여주는 표입니다.

+==================================================== ==================+
|DVM |1GB RAM |2GB RAM |3GB RAM 이상 |
+==================================================== ==================+
|DEFAULT(Heap 성장 제한) |64m |128m |256m |
+--------------------------+---------+---------+-- ------------------+
|LARGE(Heap 크기) |128m |256m |512m |
+--------------------------+---------+---------+-- ------------------+

RAM이 많을수록 Heap 크기가 커집니다. 높은 RAM을 가진 모든 장치가 512m를 초과하는 것은 아닙니다. 장치 RAM이 3GB가 넘는 경우 Heap 크기가 512m보다 큰지 확인하기 위해 장치에 대한 조사가 필요하다.

기기에서 heap size를 확인 하는 방법은?

ActivityManager를 사용한다. 메서드[getMemoryClass()](https://developer.android.com/reference/android/app/ActivityManager.html#getMemoryClass()) 나 [getLargeMemoryClass()](https://developer.android.com/reference/android/app/ActivityManager.html#getLargeMemoryClass())를 사용하여 런타임 시 최대 힙 크기를 확인할 수 있습니다. (large heap이 설정되어 있을때)

  • getMemoryClass(): 기본 최대 heap size를 반환한다.
  • getLargeMemoryClass(): manifest에서 large heap flag를 사용한 후 최대 사용 가능한 heap size를 반환한다.
ActivityManager am = getSystemService(ACTIVITY_SERVICE);
Log.d("XXX", "dalvik.vm.heapgrowthlimit: " + am.getMemoryClass());
Log.d("XXX", "dalvik.vm.heapsize: " + am.getLargeMemoryClass());

그럼 실제 코드에서는 어떻게 작동 될까?

샘플 코드를 보면서 어떻게 데이터가 heap과 stack에 저장되는지 확인하자.

public class Memory {

    public static void main(String[] args) { // Line 1
        int i = 1; // Line 2
        Object obj = new Object(); // Line 3
        Memory memo = new Memory(); // Line 4
        memo.foo(obj); // Line 5
    }

    private void foo(Object param) { // Line 6
        String str = param.toString(); // Line 7
        System.out.println(str);
    } // Line 8
} // Line 9

아래 이미지는 앱의 heap과 stack을 나타내며, 앱 실행 시 각 객체가 가리키는 위치와 저장되는 위치를 보여줍니다.

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코드를 한 줄씩 살펴보고 heap 또는 stack에서 개체가 할당, 저장 및 해제되는 시기를 보겠습니다.

public static void main(String[] args) { // Line 1

1번째 줄 - JVM의 기본 메소드에 대한 stack 메모리 블록을 생성한다.

int i = 1; // Line 2

2번째 줄 - 기본 지역 변수가 생성된다. 변수가 생성되어 메인 메소스의 stack 메모리에 저장된다.

Object obj = new Object(); // Line 3

3번째 줄 - 새로운 객체가 생성되어 heap에 저장되고 객체 heap 메모리 주소가 stack에 저장된다.

Note: 객체 heap 메모리 주소는 main method’s에 저장된다.

Memory memo = new Memory(); // Line 4

4번째 줄 - 3번째 줄과 동일하게 작동한다.

memo.foo(obj); // Line 5

5번째 줄 - JVM은 foo 메소드에 대한 stack 메모리 블록을 생성합니다.

private void foo(Object param) { // Line 6

6번째 줄 - 5번째 줄에서 전달한 객체의 heap 메모리 주소를 저장하는 foo 메서드의 stack 메모리에 새 객체를 만듭니다.

Note: Java는 항상 매개변수 변수를 값으로 전달합니다 . Java의 객체 변수는 항상 메모리 heap의 실제 객체를 가리킵니다.

String str = param.toString(); // Line 7

7번째 줄 - 문자열 pool의 heap 메모리 주소를 저장하는 foo 메소드 stack에 새 객체를 생성한다.

} // Line 8

8번째 줄 - 마지막 줄에 도달했을 때, foo 메소스는 종료되고 foo 메소드의 stack 블록 안에 객체는 메모리가 해제된다.

} // Line 9

9번째 줄 - 8번째와 같다. 마지막 줄에 도달했을 때, main 메소스는 종료되고 main 메소드의 stack 블록 안에 객체는 메모리가 해제된다.

**메소드가 종료되면 어떻게 됩니까?**

각 메서드에는 고유한 범위가 있습니다. 메서드가 완료되면 개체가 자동으로 제거되고 스택에서 회수됩니다.

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foo 메소드가 종료되었을때, 위 그림처럼 foo 메소드의 stack 블록은 자동으로 제거되고 재활용된다.

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그림2 또한 그림1과 같습니다. main 메소드가 종료되었을때, 위 그림처럼 main 메소드의 stack 블록은 자동으로 해제되고 재활용된다.

Conclusion

이제 stack에 있는 객체는 한정된 시간으로만 존재한다는게 명확해졌습니다. 메소드가 한번 완료되면 객체는 해제되고 재활용된다.

stack은 LIFO (Last-In-First-Out) 데이터 구조이다.

그래서 stack을 사용하는 프로그램은 push 및 pop 의 두 가지 간단한 작업만으로 모든 작업을 쉽게 관리할 수 있습니다 .

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위에 들었던 예시처럼 변수나 메소드가 선언 될때 마다 stack에 쌓이고 메소드를 나갈때 stack에서 제거와 재활용이 됩니다.

그렇다면 Heap은 어떨까?

heap은 stack과 다르다. heap 메모리에서 객체의 제거와 재활용에는 도움이 필요하다. JVM에는 이미 이 일을 도와주는 슈퍼 히어로가 있다. 우리가 부르는 Garbage Collector가 그 역할을 한다. GC는 우리를 위해 힘든 일을 할 것이다. 그리고 사용하지 않는 객체를 감지하고 제거하고 메모리에서 더 많은 공간을 확보하는 데 신경을 써 줄것이다.

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garbage collector는 어떻게 일 할까?

간단하다. garbage collector는 unused 나 unreachable 객체를 찾고 있다가 heap에 참조가 없는 객체가 있으면 garbage collector가 메모리에서 객체를 제거하고 더 많은 공간을 회수합니다.

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GC roots는 JVM에서 참조하는 객체이다. GC root는 트리의 최상위 객체이다. 트리 안의 모든 객체는 한개 이상의 객체를 갖게 된다. 애플리케이션이나 GC root가 도달할 수 있는 한 모든 루트, 객체, 트리는 도달할 수 있다. 애플리케이션이나 GC 루트에서 연결할 수 없게 되면 사용하지 않는 개체 또는 연결할 수 없는 개체로 간주됩니다.

GC 작업 전 후의 메모리 상태는?

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위 그림은 애플리케이션 메모리의 현재 상태이다. heap에 미사용 객체가 가득 차 있고 stack은 비워져있다.

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GC 작업 후 heap 안에 있던 모든 미사용 객체는 GC에 의해 제거되었다.

Memory leak는 언제 어떻게 발생하나?

stack이 여전히 heap에서 미사용 개체를 참조할 때 memory leak이 발생합니다.

이해를 위해 아래 이미지를 봅시다.

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위 그림에서 stack에서 참조된 객체가 있지만 더 이상 사용되지 않는 경우를 볼 수 있습니다. Garbage collector는 해당 객체가 사용되지 않는 동안 사용 중임을 보여주기 때문에 메모리에서 객체를 해제하거나 제거하지 않습니다.