Garbage Collection 🚮

Java는 프로그램 코드에서 메모리를 명시적으로 지정하여 해제하지 않는다. 따라서 해당 객체를 null로 지정하거나 System.gc() 메서드를 호출하는 것을 지양해야 한다. 특히, System.gc()는 시스템의 성능에 매우 큰 영향을 끼치므로 절대로 사용해선 안 된다.

따라서 가비지 컬렉터가 더 이상 필요 없는 쓰레기 객체를 찾아 지우는 작업을 수행한다. 가비지 컬렉터는 아래 두 가지 전제 조건 하에 만들어졌다.

• 대부분의 객체는 금방 접근 불가능(unreachable) 상태가 된다.
• 오래된 객체에서 젊은 객체로의 참조는 아주 적게 존재한다.

✅ Minor GC

• Young 영역에서 일어나는 GC
• 새로 생성된 대부분의 객체는 Eden 영역에 위치
• Eden 영역에서 GC가 한 번 발생한 후 살아남은 객체는 Survivor 영역 중 하나로 이동
• 이 과정을 반복하다가 계속해서 살아남아 있는 객체는 일정시간 참조되고 있다는 뜻이므로 Old 영역으로 이동

✅ Major(Full) GC

• Old 영역에 있는 모든 객체들을 검사하여 참조되지 않은 객체들을 한꺼번에 삭제
• 시간이 오래 걸리고 실행 중 프로세스가 정지된다. → stop-the-world
• GC를 실행하는 스레드를 제외한 나머지 스레드(실행 중 프로세스)가 정지된다. GC 작업을 완료한 이후에 중단했던 작업을 다시 시작한다.
• GC 튜닝 : stop-the-world 시간을 줄이는 것

 

✅ GC는 어떤 원리로 소멸시킬 대상을 선정하는가?

• Garbage Collector가 힙 내의 객체 중 가비지(Garbage)를 찾아내고 찾아낸 가비지를 처리해서 힙의 메모리를 회수한다.
• 참조되고 있지 않은 객체(instance)를 가비지라고 하며, 객체가 가비지인지 아닌지 판단하기 위해서 reachability라는 개념을 사용한다
  • reachability: 어떤 힙 영역에 할당된 객체가 유효한 참조가 있다
  • unreachability: 그렇지 않다
• 한 객체가 다른 객체를 참조하면서 참조 사슬이 형성되는데, 이 중 최초에 참조한 것을 Root Set이라고 한다.
• 힙 영역에 있는 객체들은 총 4가지 경우에 대한 참조를 하게 된다. 2, 3, 4는 Root Set이다.
  1. 힙 내의 다른 객체에 의한 참조
  2. Java 스택, 즉 Java 메서드 실행 시 사용하는 지역변수와 파라미터들에 의한 참조
  3. 네이티브 스택에 의해 생성된 객체에 대한 참조
  4. 메서드 영역의 정적 변수에 의한 참조

• 가비지 컬렉션 실행 타이밍은 별도의 알고리즘을 기반으로 계산이 된다

 

✅ GC 알고리즘

👉 Serial GC

• 메모리와 CPU 코어 개수가 적을 때 적합한 방식
• Young 영역 → Minor GC 방식
• Old 영역 → mark-sweep-compact
  1. Old 영역에 살아 있는 객체를 식별(Mark)
  2. 힙의 앞 부분부터 확인하여 살아 있는 객체만 남긴다. (Sweep)
  3. 각 객체들이 연속되게 쌓이도록 힙의 가장 앞 부분부터 채워 객체가 존재하는 부분과 객체가 없는 부분으로 나눈다. (Compaction)

👉 Parallel GC (Throughput GC)

• Serial GC와 기본적인 알고리즘은 같지만, GC를 처리하는 쓰레드가 여러 개이다.
• Serial GC보다 빠르게 객체를 처리할 수 있으며, 메모리가 충분하고 코어의 개수가 많을 때 적합하다.

👉 Parallel Old GC (Parallel Compacting GC)

• Parallel GC에서 Old 영역의 알고리즘만 다른 방식 → mark-summary-compaction
• Summary : 별도로 살아있는 객체를 식별하는 과정을 거치며, 보다 복잡한 단계로 수행된다.

👉 Concurrent Mark & Sweep GC (CMS, Low Latency GC)

• stop-the-world 시간이 매우 짧다.
• 애플리케이션의 응답 속도가 매우 중요할 때 사용한다.
• 과정
  1. Initial Mark : 클래스 로더에서 가장 가까운 객체 중 살아 있는 객체만 식별
  2. Concurrent Mark : 방금 살아 있다고 확인한 객체에서 참조하고 있는 객체들을 따라가며 확인. 다른 스레드가 실행 중인 상태에서 동시에 진행된다!
  3. Remark: concurrent mark 단계에서 새로 추가되거나 참조가 끊긴 객체를 확인
  4. Concurrent Sweep: 쓰레기 정리. 다른 스레드가 진행되고 있는 상황에서 진행
• 단점
  • 메모리와 CPU를 많이 사용
  • Compaction 단계가 기본적으로 제공되지 않는다.

👉 G1 (Garbage First) GC

• 바둑판의 각 영역에 객체를 할당하고 GC를 실행한다.
• 해당 영역이 꽉 차면 다른 영역에서 객체를 할당하고 GC를 실행한다.
• 즉, Young 영역에서 Old영역으로 데이터가 이동하는 단계가 사라진 방식이다.
• 가장 빠른 GC 방식

 

[출처]

https://d2.naver.com/helloworld/1329

https://asfirstalways.tistory.com/159