GC엔 여러 종류가 있다.

• CMS (거의 동시 수집기)
• G1 (최신 범용 수집기)
• 셰난도아
• C4
• 밸런스드
• 레거시 핫스팟 수집기

모든 java구현체에 GC가 있는건 아니다
➡️ GC는 탈착형 서브시스템으로 취급된다

GC 선정 시 고려해야 할 것!

• 중단시간 (최고의 관심사🌟)
• 처리율
  • application 런타임 대비 GC 시간 %
• 중단 빈도
  • GC 때문에 얼마나 자주 멈추는지
• 회수 효율
  • GC 사이클 당 얼마나 많은 가비지가 수집되는지
• 중단 일관성

관심사와 trade off를 고려해여 수집기를 선택해야 한다

동시 GC 이론

동시 수집기를 써서 application thread 실행 도중 수집에 필요한 작업 일부를 수행해서 중단 시간을 줄이는 것도 방법이다

JVM Savepoint

STW GC를 실행하려면 application thread를 모두 중단시켜야 한다.
JVM이 이런 작업을 어떻게 수행하는걸까?
➡️ application thread 마다 savepoint라는 특별한 실행 지점을 둔다
➡️ GC가 수행되기 전과 같은 중요한 작업을 실행하기 전에, 모든 애플리케이션 스레드를 일시 정지시키는 지점을 말한다

풀 STW GC의 경우

• 전체 application thread를 중단시켜야 한다
• GC thread가 OS에게 무조건 application thread를 강제 중단시켜달라고 요청할 수는 없다
  ➡️ GC thread와 application thread는 반드시 공조 해야 한다
• savepoint 요청을 받았을 때 thread가 제어권을 반납하게 만드는 코드가 VM 인터프리터 구현체 어딘가에 있어야 한다

Savepoint로 바뀌는 경우

1. JVM이 전역 savepoint time flag를 세팅한다
2. 각 application thread는 polling하면서 이 flag가 세팅되었는지 확인한다
3. application thread는 일단 멈췄다가 다시 깨어날 때 까지 대기한다

➡️ savepoint time flag를 세팅하면 모든 application thread는 반드시 멈추야 한다

삼색마킹(Tri-color marking)

savepoint는 GC 수행을 위해 모든 application thread를 중지 시키는 지점이다.
모두 중지시키고 난 후, 삼색마킹 알고리즘을 실행한다

삼색마킹 알고리즘에 사용되는 color

• White: 아직 접근되지 않은, 즉 가비지 컬렉터가 아직 방문하지 않은 객체들을 나타냄. 이 객체들은 잠재적으로 가비지일 수 있다
• Gray: 가비지 컬렉터가 방문했지만, 그 객체가 참조하는 다른 객체들을 아직 모두 검사하지 않은 상태. 즉, 이 객체는 살아있지만, 그 참조가 가리키는 객체들이 아직 검사 대기 상태
• Black: 해당 객체와 그 객체가 참조하는 모든 객체들이 가비지 컬렉터에 의해 검사된 상태. 이는 더 이상 검사할 필요가 없는, 살아 있는 객체를 의미

(출처: JVM Garbage Collection(GC))

1. GC 루트를 Gray 표시 한다 (A)
2. 다른 객체는 모두 White 표시한다 (A 제외)
3. 마킹 thread가 임의의 Gray 노드로 이동한다 (A)
4. 마킹 thread가 White 표시된 자식노드를 만나면, 그 자식노드를 모두 Gray 표시한 후(B, C, D), 해당 노드를 Black 표시한다(A)
5. Gray노드가 하나도 남지 않을 때 까지 위 과정을 되풀이한다
6. Black 객체는 모두 접근가능하므로 살아남는다
7. White 노드는 더 이상 접근 불가능한 객체이므로 수집 대상이 된다

동시 수집을 하기 때문에, 변경자 thread(application thread)가 삼색마킹 알고리즘을 수행하는 동안 새 객체를 생성할 수 있다

CMS

중단 시간을 아주 짧게 하려고 설계된 테뉴어드 공간 전용 수집기 이다.
마킹은 삼색 마킹 알고리즘을 따른다
➡️ 수집기가 heap을 탐색하는 도중 객체 그래프가 변경될 수 있다
➡️ 초기 수행 단계가 복잡하다

1. 초기 마킹(STW): GC 출발점을 얻는 것
2. 동시 마킹: 삼색마킹 알고리즘 적용
3. 동시 사전 정리
4. 재마킹
5. 동시 스위프
6. 동시 리셋

장점과 단점

• application thread가 오랫동안 멈추지 않는다
• CMS의 GC 처리 동안 application 처리율은 감소한다
• GC가 객체를 추적해야 하므로 메모리를 더 많이 쓴다
• GC 수행에 더 많은 CPU 시간이 필요한다

작동 원리

CMS는 application thread와 동시에 작동한다

CMS 실행 도중 에덴 공간이 다 차버리면?
➡️ application thread가 더 이상 진행할 수 없으니 실행이 중단되고, CMS 도중 영 GC가 일어난다

• 영 GC: Java 힙의 젊은 세대(Young Generation)에서 사용되지 않는 객체를 정리하는 과정

영 GC 이후, 일부 객체는 테뉴어드로 승격된다
CMS 실행동안에도 승격된 객체는 테뉴어드로 이동해야 한다
➡️ 두 수집기 간 긴밀한 조정이 필요하다

할당률이 급증하면 영 GC 수행 시, 조기 승격이 일어난다
➡️ 테뉴어드 공간이 부족해진다
➡️ 동시 모드 실패(CMF) 라고 부른다

동시 모드 실패가 일어나는 원인

기본 JVM Flag

$ -XX:+UseConcMarkSweepGC

플래그로 작동한다