Java Garbage Collection
줄여서 GC라 불리우는 Garbage Collection은 그저 나 대신 사용하지 않는 메모리를 정리해주고 재할당해주는 개념이라고만 알고 있었지, 깊게 생각해보진 않았다. 하지만 C++ 기반의 엔진 모듈을 디버깅해야 하는 상황이 생기면서 주로 Java를 접했던 나에게 수동 메모리 할당 개념은 생소하게 다가왔다. 이때 GC의 소중함을 느꼈고.. 성능 테스트를 하거나 서버 세팅 시 알맞은 GC 방식을 알아두면 좋다고 하여 정리해본다.
stop-the-world
GC를 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 것을 “stop-the-world”라고 부른다고 한다. 대부분의 GC 튜닝은 “stop-the-world” 시간을 단축하는 것을 의미한다.
JVM의 개념
JVM(Java Virtual Machine)은 물리적인 형태가 아닌 소프트웨어로서 하나의 개념으로 존재한다. 정확한 설계도는 존재하지 않고 표준화된 정의로만 존재하여 벤더들은 표준에 맞춰서 각자의 JVM을 별도로 구현하여 사용한다. JVM의 역할은 Java 또는 Web Application Server 등을 구별하지 않고 Java 프로그램 범주에 들어가는 모든 것들을 실행시키는 기본 데몬이라고 할 수 있다.
JVM Heap
Java 메모리 이슈의 장이자 GC가 깊게 연관되어 있는 영역인 Heap은 Instance, Array 객체 2가지 종류만 저장되는 공간이다. 또한, 모든 Thread가 공유되는 영역으로 공유된 Heap Data 이용 시 동기화 문제가 발생할 수 있다.
JVM Heap은 Memory를 할당하는 Instruction만 존재하고 매모리 해제를 위한 Java Code, Bytecode도 존재하지 않는다. Heap의 메모리 할당 및 해제는 오로지 GC로만 수행되므로 개발자가 직접 메모리 컨트롤 할 일은 없다.
JVM Heap은 Young, Old, Perm 3가지 영역으로 나뉜다.
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Young 영역(Young Generation): 새롭게 생성한 객체 대부분이 여기에 위치함. 대부분의 객체는 금방 접근 불가능한 상태가 되므로 Young 영역에 생성되었다 사라진다. 이 영역에서 객체가 사라질 때 Minor GC가 발생한다고 말한다.
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Old 영역(Old Generation): 접근 불가능한 상태로 되지 않아 Young 영역에서 살아남은 객체는 Old 영역으로 복사된다. 대부분 Young 영역보다 크게 할당하며, 그만큼 GC는 적게 발생한다. 이 영역에서 객체가 사라질 때 Major GC가 발생한다고 말한다.
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Perm 영역(Permenent): Class나 Method의 Meta 정보, Static 변수와 상수 정보들이 저장되는 공간으로 메타데이터 저장영역이라고 부른다. 이 영역에서 GC가 발생할 수 있는데 여기서 GC가 발생해도 Major GC의 횟수에 포함된다.
Young 영역의 Minor GC
Young 영역은 Eden, Survivor 2개로 총 3개의 영역으로 나뉜다. 아래는 GC가 이루어지는 일반적인 절차로 Serial GC라고 부른다.
- 새로운 객체는 Eden 영역에 위치된다.
- Eden 영역에서 GC가 발생하면 Survivor 영역 중 하나로 이동되고 객체가 계속 쌓인다.
- 하나의 Survivor 영역이 가득차면 그 중에서 살아남은 객체는 다른 Survivor 영역으로 이동하고, 가득 찼던 Survivor 영역은 빈 공간으로 남게 된다.
- 이 과정을 반복하다가 계속해서 사용중인 객체는 Old 영역으로 이동된다.
Old 영역의 Major GC
Old 영역은 데이터가 가득찰 때 GC를 실행한다. JDK7 기준으로 지원되는 GC 방식은 5가지가 있다.
- Serial GC
Young 영역과 Old 영역이 Serial하게 처리되며 하나의 CPU를 사용한다. “stop-the-world”일 때 애플리케이션 수행이 정지 되므로 성능이 매우 떨어진다. 메모리 적고 코어 개수 적을 때 사용한다.-XX:+UseSerialGC
- Parallel GC
Serial GC와 기본적인 알고리즘은 같지만 Serial은 처리 쓰레드가 1개고 Parallel은 여러 개이다. 그래서 Serial GC보다 빠르게 객체를 처리할 수 있다. 메모리 충분하고 코어의 개수가 많을 때 유리하다.-XX:+UseParallelGC
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Parallel Old GC(Parallel Compacting GC)
Parallel GC에서 Old 영역의 알고리즘만 다르다.이 방식은 Mark-Summary-Compaction 단계를 거친다.
- Mark: 살아 있는 객체를 식별하여 표시하는 단계
- Sweep: 이전에 GC를 수행하여 컴팩션된 영역에 살아 있는 객체의 위치를 조사하는 단계
- Compaction: 필요 없는 객체들을 지우고 살아 있는 객체들을 한 곳으로 모으는 컴팩션을 수행하는 단계. 수행 이후에는 컴팩션된 영역과 비어 있는 영역으로 나눔
-XX:+UseParallelOldGC
- Concurrent Mark & Sweep GC(이하 CMS)
Young 영역에 대한 GC는 Parallel GC와 동일하지만 Old 영역의 GC는 다음 단계를 거친다.- Mark: 클래스 로더에서 가장 까운 객체 중 살아 있는 객체만 찾는 단계. 대기 시간 매우 짧음
- Concurrent Mark: 방금 살아있다고 확인한 객체에서 참조하고 있는 객체들을 따라가면서 확인한다. 다른 스레드가 실행중인 상태에서 동시에 진행된다.
- Remark: Concurrent 표시 단계에서 표시하는 동안 변경된 객체에 대해 다시 표시하는 단계
- Concurrent Sweep: 표시되어 있는 쓰레기를 정리하는 단계
응답 속도가 매우 중요할 때 CMS GC를 사용하지만, 2가지 단점이 있다.
- 다른 GC 방식보다 메모리와 CPU를 많이 사용
- Compaction 단계가 제공되지 않음
-XX:+UseConcMarkSweepGC
- G1(Garbage First) GC
JVM의 메모리 누수
GC는 참조하지 않는 접근 불가능한 상태의 객체를 제거 대상으로 간주하기 때문에, 사용은 하지 않지만 계속해서 참조를 하는 경우의 객체가 있으면 메모리 누수가 발생할 수 있다. 예를 들어 JDBC 드라이버의 데이터 커넥션 풀을 사용하는 경우가 있다. close() 메소드를 호출하면서 관련된 Statement와 ResultSet 객체를 닫고 GC를 수행한다. 만약 close() 메소드를 호출하지 않으면 Statement, ResultSet은 GC되지 않고 커넥션 풀 안의 데이터베이스 연결에 붙어서 계속 남아 메모리 누수가 발생할 것이다.
Reference
https://12bme.tistory.com/382
https://d2.naver.com/helloworld/1329
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