쓰레기 Collection에 대해 알아보자(1)

노혁·2023년 7월 19일

Garbage Collection 이란?

개발 하다 보면 유효하지 않은 메모리인 가비지(Garbage)가 발생하게 된다. Java나 Kotlin을 이용해 개발을 하다 보면 개발자가 메로리를 직접 해제해주는 일이 없다. 그 이유는 JVM의 가비지 컬렉터가 불필요한 메모리를 알아서 정리해주기 때문이다. 대신 명시적으로 불필요한 데이터를 표현하기 위해서 일반적으로 null을 선언해준다.

Student student = new Student();
student.setName("nohhyuk");

Student student = new Student();
student.setName("ParkNokhhyuk");

기존의 nohhuk으로 생성된 student 객체는 더이상 사용이 되지 않아서 Garbage가 되었다. 이러한 메모리 누수를 방지하기 위해 Garbage Collector가 주기적으로 검사하여 메모리를 청소해준다.

Minor GC & Major GC

JVM의 Heap영역은 처음 설계될 때 2가지를 전제(Weak Generational Hypothesis)로 설계되었다.

대부분의 객체는 금방 접근 불가능한 상태(Unreachable)가 된다.
오래된 객체에서 새로운 객체로의 참조는 아주 적게 존재한다.

정리하자면, 객체는 대부분 일회성되며, 메모리에 오랫동안 남아있는 경우는 드물다는 것이다. 그렇기 때문에 객체의 생존 기간에 따라 물리적인 Heap 영역을 나누게 되었고 Young, Old 총 2가지 영역으로 설계되었다.

Young 영역

새롭게 생성된 객체가 할당(Allocation)되는 영역
대부분의 객체가 금방 Unreachable 상태가 되기 때문에, 많은 객체가 Young 영역에 생성되었다가 사라진다.
Young 영역에 대한 가비지 컬렉션(Garbage Collection)을 Minor GC라고 부른다.

Old 영역

Young 영역에서 Reachable 상태를 유지하여 살아남은 객체가 복사되는 영역
Young 영역보다 크게 할당되며, 영역의 크기가 큰 만큼 가비지는 적게 발생한다.
Old 영역에 대한 가비지 컬렉션(Garbage Collection)을 Major GC라고 부른다.

Old 영역이 Young 영여보다 크게 할당되는 이유는 Young 영역의 수명이 짧은 객체들은 큰 공간을 필요로 하지 않으며 큰 객체들은 바로 Old 영역에 할당되기 때문이다.

예외적인 상황으로 Old 영역에 있는 객체가 Young 영역의 객체를 참조하는 경우를 대비하여 Old 영역에는 512 bytes의 덩어리(Chunk)로 되어있는 카드 테이블(Card Table)이 존재한다.

카드 테이블에는 Old 영역에 있는 객체가 Young 영역의 참조할 때 마다 그에 대한 정보가 표시된다. 카드 테이블이 도입된 이유는 Young 영역에서 가비지 컬렉션이 실행될 때 모든 Old 영역에 존재하는 객체를 검사하여 참조되지 않는 Young 영역의 객체를 식별하는 것이 비효율적이기 때문이다. 이러한 이유로 Young 영역에서 가비지 컬렉션이 진행될 때 카드 테이블만 조회하여 GC의 대상인지 식별할 수 있다.

Garbage Collection 동작 방식

Stop The World

Stop The World는 가비지 컬렉션을 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션의 실행을 멈추는 작업이다. GC가 실행될 때는 GC를 실행하는 쓰레드를 제외한 모든 쓰레드들의 작업이 중단되고, GC가 완료되면 작업이 재개된다.

Mark and Sweep

Mark: 사용되는 메모리와 사용되지 않는 메모리를 식별하는 작업
Sweep: Mark 단계에서 사용되지 않음으로 식별된 메모리를 해제하는 작업

Stop The World를 통해 모든 작업을 중단시키면, GC는 스택의 모든 변수 또는 Reachable 객체를 스캔하면서 각각이 어떤 객체를 참고하고 있는지를 탐색하게 된다. 그리고 사용되고 있는 메모리를 식별하는데, 이러한 과정을 Mark라고 한다. 이후에 Mark가 되지 않은 객체들을 메모리에서 제거하는데, 이러한 과정을 Sweep라고 한다.

이번 편에는 여기까지 알아보고 다음편에는 Minor GC의 동작 방식과 Major GC의 동작 방식을 알아보겠습니다.

다음시간에 봐요~