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Garbage Collection(GC)

Garbage Collection(GC)이란?

  • 메모리 관련 기법 중 하나로 프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역중에서 필요없게 된 영역을 자동으로 해제하는 기능
  • 동적 할당된 메모리 영역 가운데 어떤 변수도 가리키지 않는 메모리 영역을 탐지하여 자동으로 해제한다.
  • 객체가 null인 경우, 블럭안에 생성된 객체, 부모 객체가 null이 된 자식 객체 가 GC대상이 된다.
  • Java, C#, 일부 스크립트 언어들은 GC 기법을 염두하며 설계됨

Garbage Collection(GC) 의 장단점

장점 단점
이미 동적 할당된 메모리를 해제한 영역에 접근하게 되는 버그를 예방할 수 있다. 어떤 메모리를 해제해야 할 지 결정해야할 때에 사용되는 알고리즘에 의해 시간과 비용이 든다.
이미 해제된 메모리를 또 다시 해제하는 오류를 줄일 수 있다. GC가 행동하는 타이밍이나, 점유시간을 사전에 예측하기 어렵기 때문에 실시간 시스템에는 적합하지 않다.
더 이상 사용하지 않는 메모리 영역을 해제하지 않고 남겨진 것이 쌓이게 되는 메모리 누수 를 예방할 수 있다.

Garbage Collection(GC) 무조건 좋은 걸까?

단점으로 지적된 실시간 시스템 에서 사용된다면 치명적인 오류를 발생시킬 수 있다.

군사목적의 프로그래밍 중 비행시스템 등에서 실시간으로 목표물을 향해 날아가는 중간에 GC가 돟작한다면 알고리즘의 동작이 멈추어 목표물을 찾지 못하기 때문에 실시간 시스템에서 GC는 지양해야한다.

Heap 영역의 구조

Heap영역은 크게 2가지로 나뉩니다. (Permanent Generation 제외)

  • Young Generation - 객체 사용이 짧은 객체들이 모여있는 곳

    • 종류

      1. Eden

      2. Survivor 2개

    • 새롭게 생성된 객체가 위치한다.

    • 매우 많은 객체가 생성되었다가 사라지는 곳이다.

    • 이 지역에서 객체가 사라지면, MinorGC 가 발생했다고 한다.

  • Old Generation (Tunured Space) - 오래 사용되는 객체들

    • Young영역에서 살아남은 객체가 이 곳으로 복사된다.
    • Young영역보다 메모리가 크게 할당되어 상대적으로 Young영역보다 상대적으로 GC는 적게 발생한다.
    • 이 지역에서 객체가 사라지면 MajorGc (Full GC) 가 발생했다고 한다.

  • [Non-Heap] Permanent Generation (PermGen)

    • 이 영역에서는 JVM에 의해서 사용되는 클래스와 메서드 객체 정보를 담고있다.
    • JDK8부터 PermGendms Metaspace로 교체된다.

  • Minor GC, Major GC가 실패한다면 Full GC 가 발생할 수도 있다.

  • 진행 과정

    • java-garbage-collection-1
      • 일반적으로 객체를 생성하면, Young 영역에 먼저 위치하고 오랫동안 사용되는 객체는 GC과정을 통해 Old영역으로 이동한다.
    • java-garbage-collection-2
      • Allocation (배당하다) : 새로 생성된 객체가 유입됨
      • Promotion : 오래 사용되는 객체가 이동 (Young ㅡ> Old)

왜 Heap영역을 두 가지 영역으로 나눈 것일까?

여러 연구를 진행한 결과 애플리케이션에서 객체가 생성되고 사라지는 패턴은 다음 2가지 특성은 가진다.

  • 대부분의 생성된 객체는 금방 사용하지 않는다.
  • 객체들은 대개 오랜시간동안 남아있지 않는다. (객체가 짧게 사용됨)

이러한 특성을 가지고 있어 Heap영역을 두 가지로 나누고, GC 알고리즘도 이에 기반하여 설계됨

Garbage Collection 타입

각 영역마다 실행되는 GC는 다르다.

  • Minor GC
    • Young영역에서 발생
    • 트리거 되는 시점 : Eden이 Full이 된 경우
  • Major GC
    • Old영역에서 발생
    • 트리거 되는 시점 : Minor GC가 실패하는 경우
  • Full GC
    • Young Generation + Old Generation + MetaSpace(PermGen) 영역 (전체)
    • 트리거 되는 시점 : Minor GC, Major GC가 실패하는 경우

Garbage Collection 알고리즘

  • Serial
  • Parallel
  • Parallel Old (Parallel Compacting GC)
  • Concurrent Mark & Sweep (CMS)
  • G1 (Garage First)
    • JDK 7u4부터 도입
    • JDK9부터 기본 GC로 변경

ps) stop-the-world : GC에서 자주 사용되는 용어, GC를 실행하면 JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 현상

GC가 일어나면 GC를 실행하는 쓰레드를 제외한 모든 쓰레드를 정지시키기 때문이다. 이러한 경우엔 애플리케이션 성능에 많은 영향을 준다...

참고블로그

한 줄 요약

GC: 메모리에서 더 이상 사용하지 않는 영역(쓰레기)를 자동으로 처리해주는 기술 (매우 편리하지만 단점도 존재함)