Java Garbage Collection

14 Oct 2019 in Sidemenu / Java

Garbage Collector

• Java에서 명시적으로 메모리를 해제하기 위해 System.gc()를 호출하는 경우 시스템의 성능에 매우 큰 영향을 끼치게 된다.
• 이러한 이유로 Garbage Collector가 더 이상 필요 없는 (쓰레기)객체를 찾아 지우는 작업을 한다.

weak generational hypothesis

Garbage Collector의 두 가지 가정

• 대부분의 객체는 금방 unreachable상태가 된다.
• 오래된 객체에서 젊은 객체로의 참조는 아주 적게 존재한다.
• 이 두 가정의 장점을 최대한 살리기 위해 Young, Old 영역으로 물리적 공간을 나눔

Garbage Collector와 Reachability(Root Set)

• Java GC는 객체가 Grabage인지 판별하기 위해 Reachability라는 개념을 사용한다.
• 어떤 객체에 유효한 참조가 있으면 reachable, 없으면 unreachable로 구별하여 unreachable객체를 garbage로 간주하여 GC를 수행한다.
• 한 객체는 여러 다른 객체를 참조하고, 참조된 달느 객체들도 마찬가지로 또 다른 객체들을 참조할 수 있으므로 객체들은 참조사슬을 이루게 된다.
• 이러한 상황에서 유효한 참조 여부를 파악하려면 항상 유효한 최초의 참조가 있어야 하는데 이를 객체 참조의 Root set이라고 한다.

런타임 데이터 영역

1. 스레드가 차지하는 영역
2. 객체를 생성 및 보관하는 하나의 큰 힙
3. 클래스 정보가 차지하는 메서드 영역

힙에 있는 객체들에 대한 참조

1. 힙 내의 다른 객체에 의한 참조
2. Java 스택, 즉 Java 메서드 실행 시에 사용하는 지역 변수와 파라미터들에 의한 참조
3. native 스택, 즉 JNI(Java Native Interface)에 의해 생성된 객체에 대한 참조
4. 메서드 영역의 정적 변수에 의한 참조

• 이들 중 힙 내의 다른 객체에 의한 참조를 제외한 나머지 3개가 Root set 으로, reachability를 판가름하는 기준이 된다.

Young Generation 영역

• 새롭게 생성한 객체의 대부분이 이곳에 위치
• 대부분의 객체가 금방 접근 불가능 상태가 되기 때문에 매우 많은 객체가 Young영역에 생성되었다가 사라진다.
• 이 영역에서 객체가 사라질 때 Minor GC가 발생한다고 말한다.

  Minor GC

• Young 영역은 Eden영역과 두 개의 Survivor영역으로 총 3개의 영역으로 나뉜다.
  1. 새로 생성한 대부분의 객체는 Eden 영역에 위치한다.
  2. Minor GC가 발생하면 Eden과 Survivor1 에 Alive되어있는 객체를 Survivor2로 복사한다.
  3. 여전히 Survivor1에 남아있는 Alive되어있지 않은 객체들과 Eden영역을 Clear한다.
  4. 다음번 Minor GC가 발생하면 이번엔 Survivor2와 Eden영역에서 Survivor1영역으로 복사하고, Survivor2와 Eden을 Clear한다.
  5. Survivor영역 간의 이동은 이동할 때마다 age값이 증가한다.
  6. 이런 식으로 Minor GC를 수행하다가, Survivor영역에서 age값이 특정 값 이상이 된 객체들은 가 Old영역으로 옮기게 된다.(Promotion)
• 이러한 방식의 GC 알고리즘을 Copy&Scavenge라고 한다. 이 방법은 속도가 매우 빠르기 때문에, 자주 일어나는 Minor GC의 경우에 적합한 알고리즘이다.

Old Generation 영역(Tenured 영역)

• Young영역에서 살아남은 객체가 여기로 복사된다.
• 대부분 Young영역보다 크게 할당하며, 크기가 큰 만큼 Young영역보다 GC는 적게 발생한다.
• 이 영역에서 객체가 사라질 때 Major GC가 발생한다고 말한다.
• 기본적으로 데이터가 가득 차면 GC를 실행한다.

  Major GC

• Mark&Compact 알고리즘
  1. 전체 객체들의 reference를 쭉 따라가면서 reference가 연결되지 않는 객체를 Mark한다.
  2. 이 작업이 끝나면 사용되지 않는 객체들은 모두 Mark가 되고, 이 객체들을 삭제한다.
  3. 실제로는 Compact라고 해서 Mark된 객체로 생기는 부분을 Unmark된 객체로 메꾸는 방법이다.

Full GC

• 힙 메모리 전체 영역(Young, Old영역 모두)을 Clear하는 작업이다.
• Full GC는 매우 속도가 느리며, Full GC가 일어나는 도중에는 순간적으로 Java Application이 멈춰 버리기 때문에 Full GC일어나는 정도와 소요되는 시간은 Application의 성능과 안정성에 아주 큰 영향을 준다.

stop-the-world?

• GC를 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 것
• stop-the-world가 발생하면 GC를 실행하는 쓰레드를 제외한 나머지 쓰레드는 모두 작업을 멈추고, GC작업을 완료한 이후에야 중단했던 작업을 다시 시작한다.
• 어떤 GC알고리즘을 사용하더라도 stop-the-world는 발생하기 때문에, GC튜닝이란 이 stop-the-world의 시간을 줄이는 것이다.

Permanent Generation 영역

• Method Area라고도 한다.
• 객체나 억류(intern)된 문자열 정보를 저장, Old영역에서 살아남은 객체가 영원히 남아있는 곳은 아니다.
• 이 영역에서 GC가 발생할 수도 있는데, 이도 Major GC의 횟수에 포함된다.