가비지 컬렉션(Garbage Collection)
가비지 컬렉션이란
가비지 컬렉션은 자바의 메모리 관리 방법 중 하나로 JVM의 HEAP 영역에서 동적으로 할당했던 메모리 영역 중 필요 없게 된 메모리 영역을 주기적으로 삭제하는 프로세스이다.
C나 C++에서는 가비지 컬렉션이 없어 프로그래머가 수동으로(free()와 같이) 메모리 할당과 해제를 일일이 해줘야 하지만 Java는 JVM에 탑재되어 있는 가비지 컬렉터가 메모리 관리를 대행해주기 때문에 개발자는 개발에만 집중할 수 있다는 장점이 있다.
가비지 컬렉션 단점
개발자가 메모리가 언제 해제되는지 정확히 알 수 없다.
가비지 컬렉션이 동작하는 동안에는 다른 동작을 멈추기 때문에 오버헤드가 발생한다.(Stop-the-world)
가비지 컬렉션 대상
객체들은 Heap 영역에서 생성되고 Method Area나 Stack Area등 Root Area에서는 Heap Area에 생성된 객체의 주소만 참조한다. 이렇게 생성된 Heap Area의 객체들이 메서드가 끝나는 등의 이벤트들로 인해 Heap Area 객체의 메모리 주소를 가지고 있는 참조 변수가 삭제되는 현상이 발생하면 위의 그림에서의 빨간색 객체와 같이 Heap영역에서 어디서든 참조하고 있지 않은 객체들(Unreachable)이 발생하고 이러한 객체들을 주기적으로 가비지 컬렉터가 제거해줍니다.
Reachable : 객체가 참조되고 있는 상태
Unreachable : 객체가 참조되고 있지 않은 상태 (GC의 대상이 됨)
Mark And Sweep 알고리즘
Mark : Root로부터 그래프 순회를 통해 연결된 객체들을 찾아내어 각각 어떤 객체를 참조하고 있는지 찾아서 마킹한다.(이 과정에서 stop-the-world 발생)
sweep : 참조하고 있지 않은 객체들을 Heap에서 제거한다.
compact : sweep 이후에 분산된 객체들을 Heap의 시작 주소로 모아 메모리가 할당된 부분과 그렇지 않은 부분으로 압축한다.(가비지 컬렉터의 종류에 따라 하지 않을 수도 있다)
가비지 컬렉션 동작 과정
1.
객체가 처음 생성되고 Heap영역의 Eden에 age-bit 0으로 할당된다. 이 age-bit는 Minor GC에서 살아남을 때마다 1씩 증가하게 된다.
시간이 지나 Heap Area의 Eden 영역에 객체가 다 쌓이게 되면 Minor GC가 한번 일어나게 되고 참조 정도에 따라 Servivor0 영역으로 이동하거나 회수된다.
서바이벌 스페이스는 보통 두개의 영역이 있고 이 둘중에 우선순위가 따로 정해져있는 것이 아니라 비어있는 곳에 지정되므로 둘 중에 한 개의 영역은 반드시 비어있어야 한다.
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계속해서 Eden영역에는 신규 객체들이 생성되고 Eden영역에 객체가 다 쌓이게 되면 Young Generation(Eden+Servivor) 영역에 있는 객체들을 비어있는 Survival인 Survival1 영역에 이동하고 살아남은 모든 객체들은 age가 1씩 증가한다. -
또다시 Eden 영역에 신규 객체들로 가득 차게 되면 다시한번 minor GC가 일어나고 Young Generation(Eden+Servivor) 영역에 있는 객체들을 비어있는 Survival인 Survival0으로 이동시킨 뒤 age를 1 증가시키고 이 과정을 반복한다. -
이 과정을 반복하다 보면 age bit가 특정 숫자 이상으로 되는 경우가 발생한다. 이때 JVM에서 설정해놓은 age bit에 도달하게 되면 오랫동안 쓰일 객체라고 판단하고 Old generation 영역으로 이동시킨다. (이 과정을 프로모션(Promotion)이라고 함) -
시간이 지나 Old영역에 할당된 메모리가 허용치를 넘게 되면, Old 영역에 있는 모든 객체들을 검사하여 참조되지 않는 객체들을 한꺼번에 삭제하는 GC가 실행된다. 이렇게 Old generation영역의 메모리를 회수하는 GC를 Major GC라고 한다. Major GC는 시간이 오래 걸리는 작업이고 이때 GC를 실행하는 스레드를 제외한 모든 스레드는 작업을 멈추게 된다. 이를 'Stop-the-World' 라고 하며 이 작업이 너무 잦으면 프로그램 성능에 문제가 될 수 있습니다.
