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GC (Garbage Collector)란?

가비지 컬렉터를 알아보기 전, 가비지에 대해서 알아보자.

int [] array = new int[2]; //메모리 주소 : foo

array[0] = 0;
array[1] = 1;

array = new int[3]; //메모리 주소 : bar
  • 위의 코드에서 array 변수는 새롭게 다시 할당이 되는 것을 알 수 있다.
  • 그렇다면 기존의 메모리 주소 array -> foo 를 가리키던 것이 'array -> bar' 를 가리키게 되면서 기존의 foo는 어떻게 되었을까?
  • foo 메모리를 참조하는 객체가 사라지게 되면서 foo에는 접근을 할 수가 없게 되었다.
  • 이런 것을 주소를 잃어 버리게 되었기 때문에 Dangling Object 이라고 한다.
  • 자바에서는 Garbage 라고도 한다.
  • 이러한 Garbage 를 처리하지 않으면 어떻게 될까? 메모리 공간을 낭비하게 될 것이다.
  • C 언어의 경우에는 메모리를 관리해주지 않기 때문에, 직접 메모리 할당 해제를 코드 레벨에서 처리를 해주어야 한다.
  • JAVA 에서는 이러한 처리를 개발자가 코드레벨에서 처리하는 것이 아닌 JVM 의 Garbage Collector 가 처리를 해준다.
  • 즉, 메모리 할당 해제를 JVM이 대신 수행해준다는 의미이다.

Stop the world

  • Stop the world 는 GC 실행을 위해서 JVM이 애플리케이션 실행을 정지시키는 것을 의미한다.
[청소부 Garbage Collector]

JVM : 지금 부터 청소할 거니까 다들 잠깐 밖에서 기다리세요!
Application : 네네. 기다릴게요.
  • 마치 화장실 청소를 위해서 화장실 출입금지를 하는 것과 비슷한(?) 것 같다.
  • 자. Stop the world 가 시작되면, 출입할 수 있는 것은 GC 를 수행하는 스레드 뿐이다.
  • 다른 스레드들은 모두 작업을 멈추게 된다.
  • 여기에서 Stop the world의 시간은 성능의 지대한 영향을 끼치게 된다.
  • 그래서 우리는 적절한 GC 튜닝을 통해서 STOP THE WORLD의 시간을 줄이려고 한다.

GC를 잘 이해하려면 JVM의 힙 메모리 구조를 알아야한다.

  • 우리는 GC 알고리즘과 튜닝을 알아보기 전에 JVM의 메모리 구조가 어떤지에 대해서 살펴볼 필요가 있다.
  • 청소를 하려면 어디를 청소하는 것인지 알아야 하기 때문이다.

java-heap

  • java의 HEAP Area는 크게 보자면 Yong과 Old로 나누어져있다.
  • JVM의 힙 구조를 설계할 때, 두 가지 가설 아래에서 만들어졌다.
    1. 대부분의 객체는 금방 접근 불가능 상태 (unreachalbe)가 된다.
    2. 오래된 객체 에서 젊은 객체 로의 참조는 아주 적게 존재한다.

weak-hypo

  • 위와 같은 가설을 weak generational hypothesis 이라고 한다.
  • 이러한 가설 아래에서 JVM의 힙 구조는 Yong과 Old 로 나누어져 있는 것이다.
Yong 영역 (Eden & Survivor):
  - 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 발생한다고 말한다.

Yong 영역의 GC (Minor GC) 와 Old 영역의 GC (Major GC)

  • Yong 영역은 Eden 영역과 Survivor 영역으로 나누어진다.

    • Eden 영역
    • Survivor 영역 (2개)

  • 위와 같이 이루어진 Yong 영역에서 발생하는 GC 를 Minor GC 라고 한다.

  • Minor GC 의 과정을 살펴보자

    1. 새로 생성된 대부분의 객체는 Eden 영역에 위치한다.
    2. Eden 영역에서 GC가 한번 발생 한 후, 살아남은 객체는 Survivor 영역 중 한 곳으로 이동된다.
    3. Eden 영역에서 GC가 발생할 때마다 살아남은 객체는 (2) 에서 이동된 Survivor 영역으로 객체가 계속 이동된다.
    4. 하나의 Survivor 영역이 가득 차게 되면, 그 중에서 살아남은 객체를 다른 Survivor 영역으로 이동하고, 가득찬 Survivor는 아무 데이터가 없는 빈 상태가 된다.
    5. 위와 같은 과정을 반복하다가 계속 해서 살아남는 객체는 Old 영역으로 가게 된다.

    after-gc

  • 이후, Old 영역에서 GC가 발생하게 되면 이를 Major GC 라고 한다.

  • Old 영역은 Yong 영역보다 일반적으로 크기가 크기 때문에 Minor GC에 비해 더 큰 오버헤드를 야기한다.

참고)