개발/JAVA

Garbage collection -가비지 컬렉션

보리ing 2021. 3. 19. 22:55

가비지 컬렉션을 학습을 기록하기 위에 쓰는 글이며, 다른 분들이 잘 정리한 글들을 적은 것이며 참조한 글들은 

아래와 같습니다. 

yaboong.github.io/java/2018/06/09/java-garbage-collection/

d2.naver.com/helloworld/1329

www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html

 

다른 블로그들을 참고하여 잡힌 개념 :
JVM의 Runtime Data Area 에서 참조를 잃은 Heap 메모리 데이터를 삭제 하는게 garbage collector의 역할.
garbage collection이 일어나는 동안에는 수행하는 쓰레드를 제외한 모든 쓰레드가 일시정지된다(stop-the-world)
(따라서 튜닝이나 프로그램을 구현할때 이를 고려하는 것으로 실력의 차이를 알 수 있다)
garbage collection은 young 영역과 old 영역, (perm 영역)이 있으며,
Young 영역에서 발생한 GC를 Minor GC, 나머지 두 영역에서 발생한 GC를 Major GC(Full GC)라고 한다.
Young 영역 : 새롭게 생성한 객체가 위치, 대부분의 객체가 금방 unreachable 상태가 되기 때문에 많은 객체가 Young 영역에 생성되었다가 사라진다.
Old 영역 : Young 영역에서 reachable 상태를 유지해 살아남은 객체가 여기로 복사된다. 대부분 Young 영역보다 크게 할당하며, 크기가 큰 만큼 Young 영역보다 GC는 적게 발생한다.
Perm 영역 : Method Area라고도 한다. 클래스와 메소드 정보와 같이 자바 언어 레벨에서는 거의 사용되지 않는 영역이다.

 

 

가비지 컬렉션

 - 자바가 메모리 누수현상을 방지하는 또 다른 방법이 가비지 컬렉션이다.

 - 프로그래머는 힙을 사용할 수 있는 만큼 자유롭게 사용하고, 더 이상 사용되지 않는 오브젝트들은 가비지 컬렉션을 담당하는 프로세스가 자동으로 메모리에서 제거하도록 하는 것이 가비지 컬렉션의 기본 개념이다.

 - Heap 영역의 오브젝트 중 stack 에서 도달 불가능한 (Unreachable) 오브젝트들은 가비지 컬렉션의 대상이 된다.

 

 

1.가비지 컬렉션 과정
stop-the-world : gc를 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 것.
stop-the-world이 발생하면 GC를 실행하는 쓰레드를 제외한 나머지 쓰레드는 모두 작업을 멈춘다.
GC 작업을 완료한 이후에야 중단했던 작업을 다시 시작한다. 어떤 GC 알고리즘을 사용하더라도 stop-the-world는 발생한다
->즉, 대개 GC 튜닝이란 stop-the-world 시간을 줄이는 것

 

Java경우 개발자가 프로그램 코드로 메모리를 명시적으로 해제하지 않기 때문에 가비지컬렉터가 더이상 필요없는 객체를 찾아 지우는 작업을 한다. 이 가비지 컬렉터는 두 가지 가설 (전제조건)하에 만들어졌다

 - 대부분의 객체는 금방 접근 불가능 상태(unreachable)가 된다.

 - 오래된 객체에서 젊은 객체로의 참조는 아주 적게 존재한다.

(wek generational hypothesis)

 

이 가설의 장점을 최대한 살리기 위해 HotSpot VM에서는 크게 2개로 물리적 공간을 나누었다. 

 - Young 영역 : 새롭게 생성한 객체의 대부분이 여기에 위치한다. 대부분의 객체가 금방 접근 불가능 상태가 되기 때문에 매우 많은 객체가 Young 영역에 생성되었다가 사라진다. 이 영역에서 객체가 사라질때 Minor GC가 발생한다고 말한다.

 - Old 영역 : 접근 불가능 상태로 되지 않아 Young 영역에서 살아남은 객체가 여기로 복사된다. 대부분 Young 영역보다 크게 할당하며, 크기가 큰 만큼 Young 영역보다 GC는 적게 발생한다. 이 영역에서 객체가 사라질 때 Major GC(혹은 Full GC)가 발생한다.

영역별 데이터 흐름은 다음과 같다.

GC 영역 및 데이터 흐름도

 위 그림의 Permanent 영역(이하 Perm영역)은 Method Area라고도 한다. 객체나 억류된 문자열 정보를 저장하는 곳이며, Old 영역에서 살아남은 객체가 영원히 남아 있는 곳은 절대 아니다. 이 영역에서도 GC가 발생할 수도 있는데, 여기서 GC가 발생해도 Major GC의 횟수에 포함된다.

 

2.Young 영역의 구성

 -Eden 영역

 -Survivor 영역(2개)

 

Survivor 영역이 2개이기 때문에 총 3개의 영역으로 나뉜다. 각 영역의 처리 절차 순서는

  • 새로 생성한 대부분의 객체는 Eden 영역에 위치한다.
  • Eden 영역에서 GC가 한 번 발생한 후 살아남은 객체는 Survivor 영역 중 하나로 이동된다.
  • Eden 영역에서 GC가 발생하면 이미 살아남은 객체가 존재하는 Survivor 영역으로 객체가 계속 쌓인다.
  • 하나의 Survivor 영역이 가득 차게 되면 그 중에서 살아남은 객체를 다른 Survivor 영역으로 이동한다. 그리고 가득 찬 Survivor 영역은 아무 데이터도 없는 상태로 된다.
  • 이 과정을 반복하다가 계속해서 살아남아 있는 객체는 Old 영역으로 이동하게 된다.

GC 전과 후 비교

참고로, HotSpot VM에서는 보다 빠른 메모리 할당을 위해서 두 가지 기술을 사용한다. 하나는 bump-the-pointer라는 기술이며, 다른 하나는 TLABs(Thread-Local Allocation Buffers)라는 기술이다.

 

3.Old 영역에 대한 GC

 

  • Serial GC
  • Parallel GC
  • Parallel Old GC(Parallel Compacting GC)
  • Concurrent Mark & Sweep GC(이하 CMS)
  • G1(Garbage First) GC

이 중에서 운영 서버에서 절대 사용하면 안 되는 방식이 Serial GC다. Serial GC는 데스크톱의 CPU 코어가 하나만 있을 때 사용하기 위해서 만든 방식이다. Serial GC를 사용하면 애플리케이션의 성능이 많이 떨어진다.