6 Weeks - [GC 동작원리]

[wlwlwon]

문제

자바에서 가비지 콜렉터(GC) 동작 원리가 궁금합니다.

contents - 세부 내용

책 내용중 가비지 콜렉터에 대한 내용이 나오는데 가비지 콜렉터 동작원리에 대해 궁금합니다.

참고

책 647p

[hgene0929]

GC 의 동작원리

1. GC란

[Garbage Collection]

• Java의 메모리 관리 기법 : 동적으로 할당된 메모리 중 사용하지 않는 것을 자동으로 해제시킴.

Person person = new Person();
person.setName("황주막");
person = null;

// 더이상 참조하지 않고, 사용되지 않는 가비지(유효하지 않은 메모리) 발생
// 이때, 현재 라인 위의 Person 인스턴스는 GC 대상이 됨

Person = new Person();
person.setName("황주영");

[장단점]

• 장점 : 알아서 제거해주니 편리, 메모리 누수를 줄일 수 있음.
• 단점 : GC 자체가 오버헤드(Stop-The-World).

[Minor GC & Major GC]

• JVM의 Heap 영역의 전제 : 객체는 대부분 일회성이며, 메모리에 오랫동안 남아있는 경우는 드뭄.
  • 따라서 생존 기간에 따라 물리적인 Heap 영역을 나눈 2가지 영역(Young, Old) 영역으로 설계되었음.

• Young 영역(Young Generation)

  • 새롭게 생성된 객체가 할당(Allocation)되는 영역.
  • 대부분의 객체가 금방 Unreachable 상태가 되기 때문에, 많은 객체가 Young 영역에 생성되었다가 사라짐.
  • Young 영역에 대한 GC를 Minor GC라고 부름.

• Old 영역(Old Generation)

  • Young 영역에서 Reachable 상태를 유지하여 살아남은 객체가 복사되는 영역.
  • Young 영역보다 크게 할당되며, 영역의 크기가 큰 만큼 가비지는 적게 발생.
  • Old 영역에 대한 GC를 Major GC라고 부름.

• 예외적인 상황으로 Old 영역에 있는 객체가 Young 영역의 객체를 참조하는 경우도 존재.
  • 이러한 경우에 대비하여 Old 영역에는 카드 테이블을 두어, Minor GC 시점에 효율적으로 확인할 수 있도록 함.

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2. 공통 GC 동작 방식

• Young, Old 영역은 서로 다른 메모리 구조로 되어 있으므로 세부적인 동작 방식을 다르지만, GC 실행시 2가지 공통적인 단계를 거침.
• 2가지 단계 :
  1. Stop The World
  2. Mark and Sweep

[Stop the World]

• GC를 위해 JVM이 애플리케이션의 실행을 중단시킴.
• GC가 실행되는 동안, GC를 실행하는 스레드를 제외한 모든 스레드들의 작업이 중단됨.
  • 성능 개선 : 모든 스레드 작업을 중단시키는 것은 성능에 안좋음 ⇒ stop the world의 시간을 줄이는 것은 하나의 튜닝.

[Mark and Sweep]

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

💡 공통 동작 방식 정리

1. 모든 작업을 중단시킴( stop the world ).
2. GC는 스택의 모든 변수 또는 Reachable 객체를 스캔하면서 사용중인 메모리 식별( mark ).
3. mark 되지 않은 객체들을 메모리에서 제거( sweep ).

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3. Minor/Major GC 동작 방식

[Young 영역의 구조]

• Eden 영역 : 새로 생성된 객체가 할당되는 영역( 1개 ).
• Survivor 영역 : 최소 1번의 GC 이상 살아남은 객체가 존재하는 영역( 2개 ).

[전체 동작 흐름]

1. 객체가 새롭게 생성되면 ⇒ Eden 영역에 할당.
2. Eden 영역이 꽉차면 ⇒ Minor GC 발생.
   • Eden 영역에서 사용되지 않는 객체의 메모리 해제.
   • Eden 영역에서 살아남은 객체는 1개의 Survivor 영역으로 이동.
3. 1~2번의 과정이 반복되다가 Survivor 영역이 가득 차게 되면 Survivor 영역의 살아남은 객체를 다른 Survivor 영역으로 이동시킴( 1개의 Survivor 영역은 반드시 빈 상태 ).
4. 이러한 과정을 반복하여 계속해서 살아남은 객체는 Old 영역으로 이동.
5. 객체들이 계속 Promotion되어 Old 영역의 메모리가 부족해지면 Major GC 발생.

[Promotion]

• 객체의 생존 횟수를 카운트하기 위해 Minor GC에서 객체가 살아남은 횟수를 의미하는 age를 Object Header에 기록.
• Minor GC 실행시, Object Header의 age를 보고 Old로 이동시킬지 여부를 결정.