Node.js의 프로세스 메모리 관리 방식

Node.js는 Google의 V8 JavaScript 엔진을 기반으로 해 메모리를 관리한다.

실행 중인 Node.js 프로그램은 Resident Set이라는 메모리 공간에서 표현되며, 이는 다음과 같이 구성된다.

• Code: 실제 실행되는 코드
• Stack: 정적 데이터(함수 프레임, 원시값, 힙 객체에 대한 포인터 등)
• Heap: 객체나 동적 데이터가 저장되는 가장 큰 메모리 영역

즉, 데이터 타입에 따라서 자동으로 스택이나 힙에 할당된다.

Node.js의 메모리 할당 방식

1. 힙 메모리 구조

V8의 세대별 가설을 기반으로 메모리를 관리한다. 이는 대부분의 객체가 짧은 생명주기를 가진다는 가정 하에 힙을 두 개의 세대로 나눈다.

New Space (새로운 공간)

• 새로 생성된 단명 객체들이 할당되는 공간
• e.g.) API 요청마다 생성되는 임시 객체
• 빈번한 가비지 컬렉션이 발생하여 메모리를 빠르게 회수

Old Space (오래된 공간)

• New Space에서 여러 가비지 컬렉션 주기를 살아남은 객체들이 승격되는 공간
• e.g.) 사용자 세션 데이터
• 가비지 컬렉션이 덜 빈번하지만 더 많은 리소스를 소모

2. 스택 메모리

스택은 지역변수와 함수 호출 정보를 저장하는 LIFO 구조다. 힙과 달리 가비지 컬렉터가 관리하지 않으며, 함수가 반환될 때 자동으로 해제된다.

Node.js의 가비지 컬렉션 메커니즘

가비지 컬렉션: 메모리 관리 방법 중 하나, 동적으로 할당한 메모리 영역 중 더 이상 쓰이지 않는 영역을 자동으로 찾아내어 해제

1. Scavenger (Minor GC)

• New Space의 단명 객체들을 대상으로 하는 알고리즘
• 사용되지 않는 객체는 메모리에서 제거, 여전히 사용중이면 Old Space로 이동

2. Mark-Sweep & Mark-Compact

• Old Space의 장수명 객체들을 대상으로 하는 알고리즘
• 사용 중인 객체를 마킹하고, 마킹되지 않은 객체를 제거

메모리 사용량 모니터링

console.log(process.memoryUsage());

위 메소드를 통해 메모리 사용량을 실시간으로 확인한다.

반환되는 정보

• rss: Resident Set Size, 프로세스가 사용하는 전체 메모리
• heapTotal: V8 힙의 총 크기
• heapUsed: V8 힙에서 실제로 사용 중인 메모리
• external: V8가 관리하지 않는 C++ 객체의 메모리 사용량
• arrayBuffers: ArrayBuffer 객체가 사용하는 메모리

메모리 최적화 방법

1. 명령줄 플래그 활용

• --max-old-space-size: Old Space의 최대 크기를 설정
• --max-semi-space-size: New Space의 최대 크기를 설정

2. 메모리 누수 방지

• 전역 객체 사용 최소화
• 이벤트 리스너 적절한 해제
• 순환 참조 피하기

일반적인 메모리 모델과의 차이점

1. 메모리 생명 주기

일반 메모리	Node.js
필요한 메모리 할당	JS는 메모리 할당과 해제를 자동으로 처리
할당된 메모리 사용(읽기, 쓰기)	개발자가 명시적으로 메모리를 관리할 필요가 없음
더 이상 필요하지 않을 때 메모리 해제	가비지 컬렉션을 통한 자동 메모리 정리

2. 메모리 할당 방식

일반 메모리	Node.js
스택과 힙으로 구분	V8 엔진의 세대별 힙 구조 사용
스택: 정적 데이터(문자열 값, 객체 주소)	New Space와 Old Space로 세분화된 힙 관리
힙: 동적 데이터(객체 포함)	객체의 생명주기에 따른 효율적 메모리 관리

3. 가비지 컬렉션 알고리즘

일반 메모리	Node.js
참조 카운팅 방식: 참조 횟수가 0이 되면 해제	Mark-and-Sweep 알고리즘 사용
	루트에서 도달 가능한지 여부로 판단
순환 참조 문제 발생 가능	순환 참조 문제 해결