[TIL] GC

GC (Garbage Collection)

• 프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역 중 필요 없기 된 영역을 알아서 해제해주는 기능
  • 동적으로 할당했던 메모리 → Heap
  • 필요 없게 된 영역 → 어떤 변수도 가리키지 않음

장점

• 메모리 누수 해결
• 해제된 메모리 접근
• 해제한 메모리 중복 해제

단점

• GC 작업은 순수 오버헤드
• 개발자가 언제 GC를 실행하는지 알기 어려움

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GC 알고리즘

1. Reference Counting

• Root Space 에서 Heap 영역에 선언된 객체들이 별도의 Count를 가지고 있음
• 이때 Count는 해당 객체에 접근할 수 있는 방법의 개수를 뜻함
• reference count 가 0이라면 GC 대상이 됨
• 순환 참조시 GC 대상에 포함되지 않는다는 단점이 있음

 

2. Mark And Sweep

• Root에서부터 그래프 순회를 통해 참조되고있는 객체를 Mark (Reachable)
• 참조되고 있지 않은 객체 (Unreachable) 들을 Sweep 함
• Compaction → 메모리 파편화를 막는 작업 (옵션)
• 특징
  • 의도적으로 GC를 실행시켜야함
  • 애플리케이션 실행과 GC 실행이 병형된다.

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JVM 구조

1. Class Loader
   • 바이트코드를 읽고 클래스 정보를 Runtime Data Area (Heap/Method Area)에 저장
2. Memory
   • 실행중인 프로그램의 정보가 들어있음
3. Execution Engine
   • Runtime Data Area에 있는 바이트코드를 Native code로 변환시켜주고 GC를 실행하는 실행 엔진

 

• 쓰레드가 공유하는 영역
  • Method Area
    • 프로그램의 클래스 구조를 메타데이터처럼 가지며 메서드 코드를 저장
  • Heap
    • 객체 인스턴스를 저장하는 영역
• 쓰레드별로 생성되는 영역
  • PC register
    • 스레드가 현재 실행할 스택 프레임의 주소
  • Stack
    • 로컬 변수, 중간 연산 결과 등
  • Native Method Stack
    • C, C++ 등 Low Level 코드를 저장

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Root Space

• Root Space
  • Stack의 로컬 변수
  • Method Area의 static 변수
  • Native Method Stack의 JNI 참조

 

• Minor GC
  • young generation 영역에서 일어나는 GC
  • eden → Survivor 0 → Survivor 1 → Survivor 0 → … → Old generation
  • Young generation 영역에서 Reachable이라고 판단되어 생존한 객체들은 age 값이 증가함
  • 특정 Age bit 이상이 되면 Old Generation 영역으로 옮겨짐
• Major GC
  • old generation 영역에서 일어나는 GC
  • Minor GC 보다 발생 횟수가 적지만 비용이 큰 GC

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GC 종류

Stop the world

• GC를 실행하기 위해 JVM이 동작을 멈추는 것

Serial GC

• 싱글 스레드 환경 및 Heap 영역이 매우 작을 때 사용

Paraller GC

• 멀티코어 환경에서 애플리케이션 처리 속도 향상을 위해 사용

G1GC

• Heap 영역을 Region으로 사용하는데, 런타임에 G1GC가 필요에 따라 영역별 Region 개수를 튜닝함
  • Stop the world 시간 최소화

ZGC

• Java 15에서 정식으로 적용됨, Java 17에서도 반영됨
• Heap 영역을 ZPage라는 논리적인 단위로 구분한다.
• Bit 값을 기반으로 애플리케이션 실행 스레드와 동시에 GC를 실행하여 STW 시간을 줄인 방식
• 어떠한 Heap 메모리 사이즈에서도 STW 시간을 10ms 이하로 줄이는 것을 목표로함