Java Garbage Collection

Java Garbage Collection

평소에 가비지 컬렉션 공부를 해야지라는 생각만 가지고 있었는데, 이번 기회에 자세하게(?)배워보도록 하자. 훌륭한 가비지 컬렉션 내용이 정리된 글이 있었으며, 도움이 많이 되었다.
NAVER D2 Java Garbage Collection

들어가기에 앞서

• JVM(자바 가상 머신): 어느 운영체제, 기기에서 이식 가능한 실행 환경을 제공해주며 메모리도 관리해준다.
• HotSpot VM: Sun/Oracle에서 개발한 JVM 엔진이다.

가비지 컬렉션 과정

stop-the-world: GC를 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 것

stop-the-world가 발생하면 GC 쓰레드를 제외한 나머지 쓰레드는 모두 작업을 멈춘다.
GC 작업이 완료된 후에 중단된 쓰레드들이 다시 작업을 시작한다.
어떤 GC 알고리즘을 사용하더라도 stop-the-world는 발생한다고 한다.
그리고 GC 튜닝은 이 stop-the-world 시간을 줄이는 것이다.

Garbage Collector(GC): 더 이상 사용하지 않는(필요하지 않은) 객체를 찾아 지우는 작업을 한다. 두 가지 전제 조건(weak generational hypothesis)에서 만들어졌다고 한다.

1. 대부분의 객체는 금방 접근 불가능 상태(unreachable)
2. 오래된 객체에서 젊은 객체로의 참조는 적게 존재한다. ⁠

HotSpot VM 2개의 물리적 공간을 나누었다.

• Young Generation
  • 생성된 객체의 대부분은 여기에 위치한다
  • 대부분의 객체가 unreachable 상태가 되기 때문에 많은 객체가 Young영역에 생성되고 사라진다.
  • Eden영역이 가득찼을 때, Minor GC가 발생한다.
  • Minor GC의 알고리즘은 copy-scavenge 사용한다.
• Old Generation
  • Young영역에서 살아남은 객체가 임계점(age)에 다다르면 이 위치로 복사된다.
  • 대부분 Young영역보다 크게 할당되며, GC도 적게 발생한다.
  • Tenured영역이 가득찼을 때, Major GC 혹은 Full GC가 발생한다.
  • Major GC의 알고리즘은 기본적으로 mark-sweep-compact 사용한다.

GC 동작 순서

1. 처음 새로운 객체가 생성되면 대부분 Eden영역에 위치한다.
2. 객체가 생성되어 Eden영역에 넣을려고 할 때, Eden영역이 가득차면 Minor GC가 발생한다.
3. Minor GC가 발생하면 Eden영역의 참조된 객체는 Survivor0 이동된다. 참조되지 않은 객체는 Eden영익이 비워질 때, 함께 제거된다.
4. 계속 Minor GC가 발생하면, 참조되지 않은 객체는 제거되고 참조된 객체는 Survivor0영역으로 이동된다.
5. 계속 Minor GC가 반복되면서, Survivor영역도 바뀌는데 이번엔 Survivor1영역으로 이동된다. 각 객체의 임계점이 증가되는 걸 볼 수 있다. 그 후, Eden영역이 비워지면서 Survivor영역도 비워진다. 참조되지 않은 객체 역시 제거된다.
6. Minor GC이후, 생존한 객체의 임계점이 XX:MaxTenuringThreshold(java7:default 15) 값을 초과하면 Old Generation으로 Promotion된다.
7. 전체적인 그림은 다음과 같다.

Old Generation 알고리즘

SerialGC

• 싱글 스레드 환경에서 사용하기 위해 만들어진 알고리즘이다.
• Old Generation의 default 알고리즘은 mark-sweep-compact이다.
• 살아있는 객체를 식별(Mark), 힙의 앞 부분부터 살아있는 것만 남기고 나머지는 제거하는 Sweep, 각 객체들이 연속되게 쌓이도록 힙의 가장 앞 부분부터 채우는 compact단계로 동작한다.

  제거되어 확보한 메모리는 부분적으로 빈공간이 생기는데(메모리 단편화), 빈 공간을 채우기 위해 메모리 재구성 즉, compact단계를 한다.

Paerallel GC

• Java7, 8의 default 알고리즘이다.
• Serial GC와 기본적인 알고리즘은 같다.(mark-sweep-compact)
• 멀티쓰레드 환경에서 사용하기 위해 만들어진 알고리즘이다.

CMS GC

• Initial Mark는 클래스 로더에서 가장 가까운 참조된 객체만 찾는다.
• Concurrent Mark는 새로 추가되거나 참조가 끊긴 객체를 확인한다. (다른 스레드와 동시 실행 가능)
• Remark는 Concurrent Mark에서 새로 추가되거나 참조가 끊긴 객체를 확인한다.
• Concurrent Sweep는 쓰레기 객체를 정리한다. (다른 스레드와 동시 실행 가능)

• 해당 알고리즘은 stop-the-world 시간이 짧다.

• 단점
  • 다른 Serial GC, Paerallel GC보다 CPU, Memory를 더 많이 사용한다.
  • 기본적으로 compact를 지원하지 않아서, 메모리 단편화가 발생할 수 있다.

    메모리 단편화로 인해, compact를 수행하면 다른 GC보다 느릴 수 있다.