[ JAVA ] Garbage Collection

GC ( Garbage Collection ) 

GC란 Heap 메모리를 재활용하기 위해 Root Set에서 참조되지 않는 객체들을 해제해 가용가능한 공간을 만드는 작업입니다.

 

* 참조된 개체 : 프로그램의 일부가 여전히 해당 개체에 대한 포인터를 유지하고 있음을 의미

* 참조되지 않은 개체 : 프로그램의 어떤 부분에서도 더 이상 참조되지 않음 따라서 해당 개체가 사용하는 메모리 회수 

 

자바에서는 이러한 메모리 해제 작업을 Garbage Colletor가 담당하며, 메모리를 해제하는 작업은 Garbage Collection이라 합니다. 즉 null, System.gc() 메서드를 호출하는 등과 같이 메모리를 명시적으로 지정해 해제하는 작업은 하지 않아도 된다. null로 지정하는 것은 큰 문제가 되지 않지만 System.gc() 메서드는 시스템 성능에 매우 큰 영향을 미치므로 절대 사용해서는 안된다.

Heap Young, Old

객체는 대부분 일회성이고, 메모리에 오래 남아있는 경우는 드물기 때문에 Heap을 생존기간에 따라 크게 2개의 물리적인 공간을 나누게 됩니다.  Young 영역과 Old 영역

 

https://d2.naver.com/helloworld/1329

 

1 ) Young  영역

•  새롭게 생성한 객체의 대부분이 여기에 위치합니다.

•  대부분의 객체가 금방 접근 불가능 상태가 되기 때문에 매우 많은 객체가 Young 영역에 생성되었다가 사라집니다.

•  이 영역에서 객체가 사라질때 Minor GC가 발생한다고 말합니다.

•  수명이 짧은 객체들이 보통 Young에 할당됩니다.

 

2 ) Old 영역

•  접근 불가능 상태로 되지 않아 Young 영역에서 살아남은 객체가 여기로 복사됩니다.

•  대부분 Young 영역보다 크게 할당하며, 크기가 큰 만큼 Young 영역보다 GC는 적게 발생합니다.

•  이 영역에서 객체가 사라질 때 Major GC(혹은 Full GC)가 발생한다고 말합니다.

•  즉 큰 객체들이 Old에 할당됩니다. 

 

이러한 방식을 사용하면 GC가 전체 영역을 처리하는 것보다 나타나는 이점이 존재합니다.

 

Young은  Old보다 사이즈가 작고, GC가 전체 영역을 처리하는 것보다 시간이 덜 걸리기 때문에 애플리케이션이 중지되는( stop-the-world ) 시간이 짧아 집니다. 또한 Young 을 한 번에 비우기 때문에 연속된 여유공간을 만들 수 있습니다. 

 

** stop-the world : JVM이 애플리케이션 실행을 멈추는 작업으로 GC를 실행하는 쓰레드를 제외한 모든 쓰레드 작업을 중단시키는 것

Young 영역

•   Young영역은 Eden 영역, Survivor 영역으로 나눠집니다. 

 

1. 새로 생성한 대부분의 객체는 Eden 영역에 위치

2. Eden영역에서 GC가 한 번 발생한 후 살아남은 객체는 Survivor 영역 중 하나로 이동 

3. Eden 영역에서 GC가 발생하면 이미 살아남은 객체가 존재하는 Survivor 영역으로 객체가 계속 쌓임

4. 하나의 Survivor 영역이 가득 차게 되면 그 중에서 살아남은 객체를 다른 Survivor 영역으로 이동한다. 그리고 가득 찬 Survivor 영역은 아무 데이터도 없는 상태로 됨

5. 이 과정을 반복하다가 계속해서 살아남아 있는 객체는 Old 영역으로 이동하게 된다.

 

 

https://mangkyu.tistory.com/118

Old 영역

Old 영역은 데이터가 가득차면 GC를 실행합니다. 객체들이 계속 Old영역으로 이동해 Old 영역의 메모리가 부족해지면 발생하게 됩니다.

Garbage Collection 알고리즘 종류

• Serial GC 
• Parallel GC
• Parallel Old GC(Parallel Compacting GC)
• Concurrent Mark & Sweep GC(이하 CMS)
• G1(Garbage First) GC

1)  Serial GC 

:  Young 영역에서의 GC는 앞 절에서 설명한 방식을 사용합니다.

:  Old 영역의 GC는 mark-sweep-compact이라는 알고리즘을 사용합니다.

:  Desktop CPU 코어가 하나만 있을 떄 사용하기 위해 만든 방식으로 사용하면 안되는 방식

 

2)  Parallel GC 

:  Throughput GC라고도 부릅니다.

:   Parallel GC는 Serial GC와 기본적인 알고리즘은 같습니다.

:  그러나 Serial GC는 GC를 처리하는 스레드가 하나인 것에 비해, Parallel GC는 GC를 처리하는 쓰레드가 여러 개입니다.

:  때문에 Serial GC보다 빠른게 객체를 처리할 수 있습니다.

:  메모리가 충분하고 코어의 개수가 많을 때 유리합니다.

 

3) Parallel Old GC (Parallel Compacting GC)

:  Parallel GC와 비교하여 Old 영역의 GC 알고리즘만 다릅니다.

:  Mark-Summary-Compaction 단계를 거칩니다.

:  Summary 단계는 앞서 GC를 수행한 영역에 대해서 별도로 살아 있는 객체를 식별한다는 점에서 Mark-Sweep-Compaction 알고리즘의 Sweep 단계와 다르며, 약간 더 복잡한 단계를 거칩니다.

 

4) Concurrent Mark & Sweep GC

:  어플리케이션의 응답속도가 중요할 때 이용하며 어플리케이션의 지연시간을 낮춥니다. 

:  어플리케이션, GC thread가 동시에 실행되어 stop-the-world 시간을 최소화 하는 GC

:  stop-the-world 시간이 짧지만 다음과 같은 단점이 존재합니다.

   -  다른 GC 방식보다 메모리와 CPU를 더 많이 사용

   -  Compaction 단계를 수행하지 X

:  때문에 조각난 메모리들이 많아 Compaction 작업을 수행하면 오히려 다른 GC의 Stop The World보다 Stop The World 시간이 더 길어지는 문제가 발생하게 될 수도 있습니다.

 

https://mangkyu.tistory.com/119

* Compaction : 메모리 할당 공간 사이에 사용하지 않는 빈 공간이 없도록 옮겨서 메모리를 단편화하는 작업

 

5)  G1(Garbage First) GC

:  G1 GC는 바둑판의 각 영역에 객체를 할당하고 GC를 실행합니다.

:  해당 영역이 꽉 차면 다른 영역에서 객체를 할당하고 GC를 실행합니다.

:  즉, 지금까지 설명한 Young의 세가지 영역에서 데이터가 Old 영역으로 이동하는 단계가 사라진 GC 방식이라고 이해하면 됩니다.

:  G1 GC는 장기적으로 말도 많고 탈도 많은 CMS GC를 대체하기 위해서 만들어 졌습니다.

 

https://d2.naver.com/helloworld/1329

 

 

 

 

학습에 많은 도움이 된 링크를  참조했습니다. 🙂

 

참조 및 출처

Java Garbage Collection Basics

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

Java Garbage Collection