[JAVA] GC

GC란?

Java는 JVM ( Java Virtual Machine ) 위에서 구동이 된다.

JVM에서 애플리케이션이 사용하는 메모리를 관리하는 작업이 있는데 이를 GC라고 한다.

Garbage Collection의 약자로 런타임 시에 힙 영역에 저장되는 객체들을 주기적으로 확인하여 사용하지 않는 객체를 해제하여 정리하는 역할을 한다.

 

Stop-the-world

GC를 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 것을 말한다.

Full GC가 발생하면 JVM은 애플리케이션의 실행을 멈추고 GC를 실행하는 스레드만 동작한다.

웹 서버에서 Full GC가 발생하면 서비스는 중단될 것이고 서비스가 중단된 동안 각종 Time out이 발생할 것이며 미뤄진 작업들이 쌓여 또 다른 Full GC를 발생시키게 될 것이다.

 

Garbage Collector

메모리가 부족(memory leak)할 때 이런 가비지 ( 주소를 잃어버려 사용할 수 없는 메모리 + 앞으로 사용하지 않고 메모리를 가지고 있는 객체 ) 들을 메모리에서 해제시켜 다른 용도로 사용할 수 있도록 해주는 프로그램

 

역할

1. 힙의 객체 중 가비지를 찾아낸다.

2. 찾아낸 가비지를 처리해서 힙의 메모리를 회수한다.

 

JVM의 메모리 영역

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=kbh3983&logNo=220967456151&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F

Eden 영역부터 Survivor 영역까지는 Young 영역이라고 부른다.

 

GC의 종류

메이저 GC	Old, Perm 영역에서 발생하는 GC
마이너 GC	Young 영역에서 발생하는 GC
풀 GC	메모리 전체를 대상으로 하는 GC

 

 

방식

• Serial GC

Young 영역의 처리 절차는 다음과 같다.

1. 새로 생성한 대부분의 객체는 Eden 영역에 위치한다.

2. Eden 영역에서 GC가 한 번 발생한 후 살아남은 객체는 Survivor 영역 중 하나로 이동된다.

3. Eden 영역에서 GC가 발생하면 이미 살아남은 객체가 존재하는 Survivor 영역으로 이동한다. 그리고 가득 찬 Survivor 영역은 아무 데이터도 없는 상태로 된다.

4. 이 과정을 반복하다가 계속 살아남은 객체는 Old 영역으로 이동한다.

 

Old 영역의 GC는 mark-sweep-compact라는 알고리즘을 사용한다.

1. Old 영역에 살아있는 객체(reachable)를 식별(mark)한다.

2. 힙의 앞 부분부터 확인하여 살아있는 것만 남긴다(sweep).

3. 각 객체들이 연속되게 쌓이도록 힙의 가장 앞부분부터 채워서 객체가 존재하는 부분과 없는 부분으로 나눈다(compaction).

 

적은 메모리와 CPU 코어 개수가 적을 때 적합한 방식이다.

 

• Parallel GC ( Throuhtput GC )

기본적인 알고리즘은 Serial GC와 같지만 Serial GC는 GC를 처리하는 스레드가 하나인 반면 Parallel GC는 GC를 처리하는 스레드가 여러 개다.

그렇기 때문에 Serial GC보다 빠르게 객체를 처리할 수 있다.

Serial GC와 Parallel GC의 차이점

Serial GC와는 반대로 메모리가 충분하고 코어 개수가 많을 때 유리한 방식이다.

 

• Parallel Old GC

JDK 5 update 6부터 제공한 GC 방식이다.

Parallel GC와 비교하여 Old 영역의 GC 알고리즘만 다르다.

이 방식은 mark-summary-compaction 단계를 거치는데 여기서 summary 단계는 앞서 GC를 수행한 영역에 대해서 별도로 살아 있는 객체를 식별한다는 점에서 sweep 단계와 다르며 좀 더 복잡하다.

 

• CMS GC

Serial GC와 CMS GC

초기 Initial Mark 단계에서는 클래스 로더에서 가장 가까운 객체 중 살아 있는 객체만 찾는다.

따라서 멈추는 시간이 매우 짧다.

Concurrent Mark 단계에서는 방금 살아있다고 확인한 객체에서 참조하고 있는 객체들을 따라가면서 확인한다.

이 단계는 다른 스레드가 실행 중인 상태에서 동시에 진행된다.

Remark 단계에서는 이전 단계에서 새로 추가되거나 참조가 끊긴 객체를 확인한다.

마지막으로 Concurrent Sweep 단계에서는 가비지를 정리하는 작업을 실행한다.

이 작업 역시 다른 스레드가 실행되고 있는 상황에서 진행한다.

 

이러한 단계로 진행되기 때문에 stop-the-world 시간이 매우 짧다.

모든 애플리케이션의 응답 속도가 매우 중요할 때 CMS GC를 사용하며 Low Latency GC라고도 부른다.

 

시간이 짧다는 장점에 반해

1. 다른 GC 방식보다 메모리와 CPU를 더 많이 사용한다.

2. Compaction 단계가 기본적으로 제공되지 않는다.

라는 두 가지 단점이 있으므로 신중한 검토 후에 사용해야 한다.

 

• G1 GC

다음 그림과 같이 G1 GC는 바둑판의 각 영역에 객체를 할당하고 GC를 실행한다.

그러다가 해당 영역이 꽉 차면 다른 영역에서 객체를 할당하고 GC를 실행한다.

G1 GC는 장기적으로 말이 많은 CMS GC를 대체하기 위해서 만들어졌다.

 

CMS GC는 힙 메모리를 하나의 큰 영역으로 보고 전체적으로 쓰고 지우기를 반복한다.

따라서 한번에 많은 양의 메모리를 지우게 되는 경우가 생기는데 G1 GC는 힙 메모리를 바둑판 형태로 여러 영역으로 나눈 뒤 각각의 영역에 대해서 GC를 진행하기 때문에 대규모 메모리 삭제 작업이 일어날 일이 적다.

 

G1 GC의 가장 큰 장점은 성능이다. 위의 4가지 방식들보다 빠르다

하지만 JDK 6에서는 G1 GC를 early access라고 부르며 그냥 시험 삼아 사용할 수 있도록 하고 JDK7에서 정식으로 포함하여 제공한다.

 

 

Reachability

- reachable : 어떤 객체에 유효한 참조가 있는 경우

- unreachable : 어떤 객체에 유요한 참조가 없는 경우 -> 가비지로 간주

 

메모리 누수 ( memory leak )

컴퓨터 프로그램이 필요하지 않은 메모리를 계속 점유하고 있는 상황

 

GC 튜닝

https://d2.naver.com/helloworld/37111

 

참고

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