Java GC(Garbage Collection) 개념 및 동작 원리

GC(Garbage Collection)

JVM에서 GC는 유효하지 않는, 불필요한 메모리들을 정리해주는 것, 즉 할당됬던 메모리를 비워 메모리를 정리하는 작업을 jvm에서 해주는 것이다.

Minor GC, Major GC

객체는 대부분 일회성되며, 메모리에 오랫동안 남아있는 경우는 드물다는 것이다.
객체의 생존 기간에 따라 물리적인 Heap 영역을 나누게 되었고 Young, Old 총 2가지 영역으로 설계되었다

Young 영역(Young Generation)

• 새롭게 생성된 객체가 할당(Allocation)되는 영역
• 대부분의 객체가 금방 Unreachable 상태가 되기 때문에, 많은 객체가 Young 영역에 생성되었다가 사라진다.
• Young 영역에 대한 가비지 컬렉션(Garbage Collection)을 Minor GC라고 부른다.

Old 영역(Old Generation)

• Young영역에서 Reachable 상태를 유지하여 살아남은 객체가 복사되는 영역
• Young 영역보다 크게 할당되며, 영역의 크기가 큰 만큼 가비지는 적게 발생한다.
• Old 영역에 대한 가비지 컬렉션(Garbage Collection)을 Major GC라고 부른다.

Card Table

Old 영역에 있는 객체가 Young 영역에 있는 객체를 참조할 때 카드 테이블을 이용한다. Old 영역에 있는 객체가 Young 영역의 객체를 참조할 때 마다 그에 대한 정보가 표시된다. 카드 테이블이 도입된 이유는 간단한다. Young 영역에서 가비지 컬렉션(Minor GC)가 실행될 때 모든 Old 영역에 존재하는 객체를 검사하여 참조되지 않는 Young 영역의 객체를 식별하는 것이 비효율적이기 때문이다. 그렇기 때문에 Young 영역에서 가비지 컬렉션이 진행될 때 카드 테이블만 조회하여 GC의 대상인지 식별할 수 있도록 하고 있다. Young 영역을 직접 참조하지 않고, Card Table을 이용하여 효율성을 높였다.

GC 동작 원리

1. Stop The World
   • 가비지 컬렉션을 실행하기 위해 JVM이 애플리케이션의 실행을 멈추는 작업
   • GC가 Memory 정리 후 재게
2. Mark And Sweep
   • Mark: 사용되는 메모리와 사용되지 않는 메모리를 식별하는 작업
   • Sweep: Mark 단계에서 사용되지 않음으로 식별된 메모리를 해제하는 작업

Minor GC

위에서 보았듯 Young 영역을 가비지 컬렉터를 하는 것이 Minor GC다 Young 영역은 두가지 영역으로 나뉜다.

• Eden 영역 : 새로 생성된 객체가 할당(Allocation)되는 영역
• Survivor 영역: 최소 1번의 GC 이상 살아남은 객체가 존재하는 영역

1. 새로 생성된 객체가 Eden 영역에 할당된다.
2. 객체가 계속 생성되어 Eden 영역이 꽉차게 되고 Minor GC가 실행된다.
   • Eden 영역에서 사용되지 않는 객체의 메모리가 해제된다.
   • Eden 영역에서 살아남은 객체는 1개의 Survivor 영역으로 이동된다.
3. 1~2번의 과정이 반복되다가 Survivor 영역이 가득 차게 되면 Survivor 영역의 살아남은 객체를 다른 Survivor 영역으로 이동시킨다.(1개의 Survivor 영역은 반드시 빈 상태가 된다.)
4. 이러한 과정을 반복하여 계속해서 살아남은 객체는 Old 영역으로 이동(Promotion)된다.

Major GC

Young 영역에서 오래 살아남은 객체는 Old 영역으로 Promotion됨을 확인할 수 있었다. 그리고 Major GC는 객체들이 계속 Promotion되어 Old 영역의 메모리가 부족해지면 발생하게 된다. Young 영역은 일반적으로 Old 영역보다 크키가 작기 때문에 GC가 보통 0.5초에서 1초 사이에 끝난다. 그렇기 때문에 Minor GC는 애플리케이션에 크게 영향을 주지 않는다. 하지만 Old 영역은 Young 영역보다 크며 Young 영역을 참조할 수도 있다. 그렇기 때문에 Major GC는 일반적으로 Minor GC보다 시간이 오래걸리며, 10배 이상의 시간을 사용한다. 참고로 Young 영역과 Old 영역을 동시하 처리하는 GC는 Full GC라고 한다

참조

• [Java] Garbage Collection(가비지 컬렉션)의 개념 및 동작 원리 (1/2)