V8 Memory Management

2026. 8. 27.

hyoguoo

Backend Engineer

동시성 처리와 메모리 관리의 관계

Node.js는 싱글 스레드 기반으로 작동하므로 메인 스레드가 멈추는 시간 (Stop-The-World)을 최소화하는 것이 서버 성능의 핵심이다.

가비지 컬렉터 (GC)의 부하: 메모리 자동 정리 작업이 무거워질 경우 메인 스레드 전체가 멈춰서 이벤트 루프 처리가 지연
내부 구조 이해의 필요성: 메모리 누수와 멈춤 현상을 사전에 방지하고 고성능 서버를 설계하려면 V8 엔진의 힙 구조 파악이 필수적

힙 메모리 구조

V8 엔진은 동적으로 할당되는 객체와 변수들을 힙 (Heap) 메모리에 저장하며, 객체의 수명 (Lifespan)에 따라 공간을 분리하여 효율을 높인다.

신규 공간 (New Space): 새로 생성된 객체들이 할당되는 작고 빠른 영역 (Young Generation)
- 수명이 짧은 임시 변수들이 모이는 곳으로, From 공간과 To 공간이라는 두 개의 서바이버 (Survivor) 공간을 서로 교대 (Swap)해가며 파편화를 막고 관리됨
기존 공간 (Old Space): 신규 공간에서 두 번 이상의 가비지 컬렉션을 버티고 살아남은 객체들이 이동하는 넓은 영역 (Old Generation)
- 글로벌 변수, 롱리브 (Long-lived) 객체, 닫히지 않은 클로저 환경 등 오랫동안 유지되어야 하는 데이터 저장소 역할 수행
대형 객체 공간 (Large Object Space): 신규 공간의 크기 제한을 초과하는 거대한 배열이나 문자열이 직접 할당되는 영역
- 이곳에 할당된 거대 객체는 복사 비용이 너무 크기 때문에 가비지 컬렉터가 다른 공간으로 이동시키지 않음

가비지 컬렉션 (GC) 동작 방식

“대부분의 객체는 할당된 직후 곧바로 쓸모없어진다”는 세대별 가설 (Generational Hypothesis)을 바탕으로, 젊은 세대와 늙은 세대에 각기 다른 GC 알고리즘을 적용한다.

flowchart TB
    Obj(["새로운 객체 생성"])

    subgraph Young ["신규 공간 (New Space)"]
        direction TB
        From["From 공간 (현재 사용 중)"]
        To["To 공간 (비어있는 피난처)"]
        From -.->|" 마이너 GC 생존 시 복사 (나이 증가) "| To
        To -.->|" 두 공간의 역할 교대 (Swap) "| From
    end

    subgraph Old ["기존 공간 (Old Space)"]
        direction TB
        MarkSweep["메이저 GC (Mark-Sweep)"]
    end

    Obj -->|" 최초 할당 "| From
    From -->|" 2회 이상 생존 시 승격(Promotion) "| Old
    To -->|" 2회 이상 생존 시 승격(Promotion) "| Old
    classDef newSpace fill: #e3f2fd,color: #0d47a1
    classDef oldSpace fill: #fff3e0,color: #e65100
    class Young,From,To newSpace
    class Old,MarkSweep oldSpace

마이너 GC (Scavenger): 신규 공간의 From 영역이 가득 차면 실행되는 빠르고 가벼운 청소 작업
- 살아있는 객체만 나이 (Age)를 올려 비어있는 To 공간으로 피난 (복사)시킴
- 쓰레기만 남은 From 공간을 통째로 비우고 두 공간의 역할을 교대 (Swap)하여 To가 새로운 From이 됨
승격 (Promotion): 이 교대 과정을 두 번 이상 견뎌낸 (나이를 먹은) 생존 객체를 기존 공간 (Old Space)으로 이동시켜 관리 대상을 전환
메이저 GC (Mark-Sweep & Compact): 기존 공간의 메모리가 부족해지면 실행되는 본격적이고 무거운 청소 작업
- 마킹 (Mark): 최상위 루트 (Global, 실행 스택 등)에서 참조 그래프를 따라가며 도달 가능한 살아있는 객체에 식별 표시를 남김
- 해제 (Sweep) 및 압축 (Compact): 마킹되지 않은 쓰레기 객체의 메모리를 해제하고, 남은 생존 객체들을 한쪽으로 밀어 넣어 새 객체를 할당할 수 없게 만드는 단편화 현상 해결

싱글 스레드 환경과 GC 최적화

자바스크립트는 싱글 스레드로 동작하므로 무거운 메이저 GC가 실행되는 동안 메인 스레드가 완전히 멈추는 현상 (Stop-The-World)을 최대한 쪼개고 분산시켜야 한다.

동시 마킹 (Concurrent Marking)
- 메인 스레드가 자바스크립트 코드를 정상적으로 실행하는 동안, 백그라운드의 워커 스레드들이 동시에 참조 그래프를 순회하며 마킹 수행
점진적 마킹 (Incremental Marking)
- 긴 시간을 한 번에 멈추지 않고, 메인 로직 실행 틈틈이 아주 짧게 여러 번 나누어 마킹을 진행하여 이벤트 루프 지연 방지
지연 스위핑 (Lazy Sweeping)
- 죽은 객체들의 메모리를 한꺼번에 무리해서 해제하지 않고, 실제 메모리가 필요한 시점에 필요한 만큼씩만 점진적으로 해제

메모리 누수와 이벤트 루프

V8 엔진이 훌륭한 최적화를 제공하더라도, 개발자의 코드 작성 방식에 따라 심각한 병목이 발생할 수 있다.

전역 변수 남용: 전역 배열이나 객체에 데이터를 무한히 밀어 넣으면 기존 공간 (Old Space)이 비대해져 메이저 GC의 순회 (Marking) 시간이 기하급수적으로 늘어남
이벤트 루프 블로킹: 메이저 GC 시간이 길어진다는 것은 곧 메인 스레드가 멈춰있는 시간이 길어진다는 뜻이며, 이는 수만 명의 사용자 요청을 처리해야 할 이벤트 루프를 마비시키는 직접적인 원인이 됨

Node.js