[JVM] Out of Memory VS Memory Leak

출처

ChatGPT

---

Out of Memory(OOM)와  Memory Leak(메모리 누수)는 모두 메모리와 관련된 문제를 나타내지만, 그 원인과 발생하는 상황은 다르다.

 

1. Out of Memory

Out of Memory는 프로그램이 실행 중에 사용할 수 있는 메모리가 부족할 때 발생하는 오류이다. JVM에서 힙 메모리 또는 메타스페이스 등 할당된 메모리 공간이 다 소진되어 더 이상 객체를 생성할 수 없는 상태를 말한다.

 

원인

메모리 부족

프로그램이 필요한 메모리보다 더 많은 메모리를 할당받으려고 시도할 때 발생한다.

대량의 데이터 처리

한꺼번에 대량의 데이터를 메모리에 로드하거나, 큰 객체를 반복적으로 생성할 때 발생할 수 있다.

메모리 누수

메모리 누수가 발생해 메모리를 회수하지 못하고 메모리 사용량이 점점 증가할 때도 OOM이 발생할 수 있다.

적절하지 않은 JVM 설정

JVM의 힙 메모리 크기(-Xmx 옵션)가 너무 작게 설정되어 있을 경우 발생할 수 있다.

 

증상

• Out of MemoryError가 발생하며, 프로그램이 비정상 종료될 수 있다.
• 예를 들어, 'java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space'는 힙 공간 부족을 의미한다.

 

해결방법

• JVM의 힙 크기 설정을 늘려서 메모리 부족을 완화할 수 있다.(-Xmx 옵션을 최대 힙 크기로 설정)
• 메모리 사용 패턴을 분속해 메모리 사용량을 최적화한다.
• 불필요한 객체를 생성하지 않도록 코드 최적화 및 GC 튜닝을 수행한다.

 

예시

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class OutOfMemoryExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<int[]> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            // 매우 큰 배열을 계속 생성하여 힙 공간을 소진시킴
            list.add(new int[1000000]);  // 반복적으로 큰 객체를 생성하여 메모리 부족 초래
        }
    }
}

 

위의 예제에서는 큰 배열을 계속해서 생성해 힙 메모리를 고갈시켜 결국 OutOfMemoryError를 발생시킨다.

 

2. Memory Leak 메모리 누수

Memory Leak(메모리 누수)는 프로그램이 더 이상 필요하지 않은 객체에 대한 참조를 유지하여, 해당 객체가 가비지 컬렉션(GC)에 의해 회수되지 않고 메모리를 계속 차지하게 되는 상황을 의미한다. 이는 시간이 지나면서 사용 가능한 메모리가 점점 줄어들어 결국 Out of Memory 오류를 초래할 수 있다. 

원인

객체 참조 유지

필요하지 않은 객체에 대한 참조를 유지하여 객체가 메모리에서 해제되지 않음

컬렉션 사용 실수

List, Map 등 컬렉션 객체에 더 이상 필요하지 않은 요소를 추가하고 제거하지 않는 경우

클로저(Closure) 사용

내부 클래스나 람다 표현식이 외부 객체에 대한 참조를 유지할 때

• 관련 글 -> [용어][Java] 클로저(Closure)

리스너(Listener) 및 콜백(Callback)

등록된 리스터나 콜백이 해제되지 않을 때

 

증상

• 메모리 사용량이 점진적으로 증가하여 GC가 자주 발생하게 되고, 결국 시스템 성능이 저하된다.
• 메모리 누수가 지속되면 결국 OutOfMemoryError가 발생할 수 있다.

 

해결 방법

• 메모리 프로파일링 도구를 사용해 누수 지점을 식별한다.(예: VisualVM, Eclipse Memory Analyzer)

• 관련 글 -> [용어] 프로파일, 프로파일링

• 사용 후에 명시적으로 객체 참조를 해제하거나, 컬렉션에서 불필요한 항목을 제거한다.
• 코드 리뷰 및 정적 분석 도구를 사용해 잠재적 메모리 누수를 사전에 발견한다.

 

예시

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MemoryLeakExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Key, String> map = new HashMap<>();

        while (true) {
            map.put(new Key("key"), "value"); // 매번 새로운 Key 객체 생성, 이전 키 객체에 대한 참조 없음
        }
    }
}

class Key {
    String key;

    Key(String key) {
        this.key = key;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return key.hashCode();
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        return key.equals(((Key) obj).key);
    }
}

 

코드 설명

이 코드의 핵심 부분은 Key 클래스와 HashMap 사용 방식이다. 이 예제에서는 Key 객체를 반복해서 새로 생성하고, 이를 HashMap의 키로 사용하여 계속 추가하고 있다.

• Map<Key, String> map = new HashMap<>();
  HashMap 객체를 생성하여 Key 객체를 키로 사용하고, String을 값으로 저장한다.
• while (true) { map.put(new Key("key"), "value"); }
  무한 루프를 통해 계속해서 새로운 Key 객체를 생성하여 HashMap에 추가한다.

메모리 누수 발생 이유

1. Key 객체의 무한 생성
   • 매번 new Key("key")를 호출하여 새로운 Key 객체를 생성한다. 이때마다 서로 다른 Key 인스턴스가 생성된다.
2. HashMap의 참조 유지
   • HashMap은 내부적으로 엔트리(키-값 쌍)를 저장할 때, 해시 테이블을 사용하여 키를 참조로 저장한다.
   • 새로 생성된 Key 객체는 hashCode()와 equals() 메서드에 의해 같은 값("key")을 갖더라도 서로 다른 객체이다.
   • 따라서, HashMap은 매번 새로운 Key 객체를 인식하여 새로운 엔트리로 저장하게 된다.
3. 메모리 누수의 원인:
   • HashMap은 키와 값을 각각의 엔트리로 저장하기 때문에, 이전에 저장된 Key 객체를 여전히 참조하고 있다.
   • 즉, 이전에 삽입된 Key 객체가 사용되지 않더라도, HashMap이 여전히 해당 객체를 참조하고 있으므로 GC(가비지 컬렉터)가 해당 객체를 수거하지 못한다.
   • 계속해서 새로운 Key 객체가 HashMap에 추가되고, 기존 Key 객체들이 제거되지 않고 참조로 남아있으므로, 메모리가 점점 누적된다.

• 올바른 hashCode()와 equals() 구현의 중요성

올바른 hashCode()와 equals() 구현의 중요성

Key 클래스가 hashCode()와 equals() 메서드를 올바르게 구현하지 않으면, HashMap은 서로 다른 Key 객체를 동일한 객체로 간주하지 않는다. 즉, 같은 키를 여러 번 삽입해도 해시 테이블 내에서 여러 엔트리로 처리하게 되어, 불필요한 메모리 소비가 발생한다. 이 경우도 일종의 메모리 누수로 볼 수 있다.

 

잘못된 구현 예시

class Key {
    String key;

    Key(String key) {
        this.key = key;
    }

    // hashCode()와 equals()를 구현하지 않거나, 잘못 구현한 경우
    // 메모리 누수 발생 가능성 증가
}

 

개선된 코드

Key 객체가 항상 동일한 해시 값을 가지도록 구현하고, equals() 메서드가 두 객체를 제대로 비교하도록 작성해야 한다.

 

class Key {
    String key;

    Key(String key) {
        this.key = key;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return key.hashCode();  // 동일한 키 문자열은 동일한 해시 코드 반환
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;  // 동일 객체일 경우 true
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;  // 클래스가 다를 경우 false
        Key other = (Key) obj;
        return key.equals(other.key);  // 동일한 키 값을 가진 경우 true
    }
}

 

 

 

3. Out of Memory와 Memory Leak 차이점

특징	Out of Memory (OOM)	Memory Leak (메모리 누수)
정의	프로그램이 사용할 수 있는 메모리가 부족한 사항	더 이상 사용되지 않는 객체에 대한 참조가 유지되어 메모리가 해제되지 않는 상황
원인	대량의 데이터 로드, 무한 객체 생성, 적절하지 않은 힙 설정 등	불필요한 객체 참조 유지, 잘못된 컬렉션 사용, 리스터/콜백 미해제 등
증상	OutOfMemoryError 발생, 프로그램 종료 가능성	메모리 사용량 증가, 시스템 성능 저하, 결국 OOM으로 이어질 수 있음
해결 방법	힙 크기 조정, 코드 최적화, 메모리 사용 패턴 분석	참조 해제, 프로파일링 도구 사용, 코드 리뷰 및 정적 분석 도구 활용
복구 가능성	JVM 재시작이나 메모리 확장 필요	코드 수정 및 최적화로 해결 가능

 

결론

Out of Memory(OOM)는 메모리 자원이 완전히 고갈될 때 발생하는 문제이고, Memory Leak (메모리 누수)는 불필요한 객체가 메모리를 점유한 상태로 방치되어 메모리 사용량이 증가하는 문제이다. 메모리 누수는 결국 OOM 오류로 이어질 수 있기 때문에, 둘 다 메모리 관리의 주요한 부분이며 개발자는 이를 잘 이해하고 적절하게 대처해야 한다.