정원영

정원영

항상 배우고 싶은 개발자입니다.

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(10분 테크톡) Java 57. GC (Garbege Collection)

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3 분 소요

GC

목차

  1. GC가 왜 필요하지?
  2. GC 알고리즘
  3. JVM의 GC
  4. JVM GC 튜닝 맛보기

1. GC가 왜 필요하지?

  • 프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역 중 필요 없게된 영역을 알아서 해제

1) 장점

  • 메모리 누수 방지
  • 해제된 메모리 접근 방지
  • 해제한 메모리 또 해제 방지

2) 단점

  • GC작업은 순수 오버헤드
  • 개발자는 언제 GC가 메모리를 해제하는지 모름

2. GC 알고리즘

  • Root Space : 스택변수, 전역 변수등 heap 영억 참조를 담은 변수

1) Reference Counting

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  • Heap 영역에 선언된 객체들이 각각 reference count라는 별도 숫자를 가지고 있다
  • 여기서 reference count는 몇 가지 방법으로 해당 객체에 접근할 수 있는지를 뜻함
  • 해당 객체에 접근할 수 있는 방법이 하나도 없다면, 즉, reference count가 0에 다다르면 가비지 컬렉션의 대상이 됨

1-1) 한계점

  • 순환 참조 문제

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  • Root space애서의 Heap space 접근을 모두 끊는다고 가정
  • 노란색 고리안의 객체들은 서로가 서로를 참조하기 있기 때문에 Reference count가 1로 유지
  • 결국 사용하지 않은 메모리 영역이 해제되지 못하고 Memory Leak이 발생

2) Mark And Sweep

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  • Referencce Counting의 순환 참조 문제를 해결 할 수 있다.
  • 루트에서 부터 해당 겍체에 접근 가능한지를 해제의 기준으로 삼는다.
  • 루트부터 그래프 순회를 통해 연결된 객체들을 찾아냄

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  • 연결이 끊어진 객체들은 지우는 방식
  • 연결이 되었다면 Reachable, 끊어졌다면 Unreachable이라고 불림
  • Sweep이후에 분산되어 있던 메모리가 예쁘게 정리됨

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  • 이를 메모리 파련화를 막은 Compaction이라고 함
  • Compaction은 필수는 아님

2-1) 단점

  • 의도적으로 GC를 실행시켜야 한다.
  • 어플리케이션 실행과 GC실행이 병행된다.

3. JVM의 GC - JVM 구조

  • Java 8 기준

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1) JVM 메모리 구조

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  • OS로부터 메모리를 할당 받은 후 해당 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어서 관리
  • 총 5가지 영역으로 나뉨

1-1) Method Area

  • 프로그램의 클래스 구조를 메타데이터처럼 가지며, 메서드의 코드들을 저장

1-2) Heap

  • 어플리케이션 실행 중에 생성되는 객체의 인스턴스를 저장하는 영역
  • Garbage Collector에 의해 관리되는 영역

1-3) Stack

  • 메서드 호출을 스택 프레임이라는 블록으로 쌓으며 로컬 변수, 중간 연산 결과들이 저장되는 영역

1-4) PC Register

  • 쓰레드가 현재 실행할 스템프레임의 주소를 저장

1-5) Native Method Stack

  • C/C++ 등의 Low level 코드를 실행하는 스택

2) Root Space

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  • Stack의 로컬 변수
  • Method Area의 Static 변수
  • Native Method Stack의 JNI 참조

3) JVM의 Heap 영역

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  • JVM의 힙은 Young Generation과 Old Generation으로 나뉜다.
  • Young Generation에서 발생하는 GC는 minor gc,
  • Old Generation에서 발생하는 GC는 major gc라고 불린다.

3-1) Young Generation

  • Eden / survival 0 / survival 1 영역으로 나뉜다.
  • Eden : 새롭게 생성된 객체들이 할당되는 영역
  • Survival 영역은 minor gc로부터 살아남은 객체들이 존재하는 영역
  • Survival 0 또는 Survival 1은 둘중 하나는 반드시 비어있어야 함

4) Stop The World

  • GC를 싱행하기 위해 JVM이 어플리케이션 실행을 멈추는 것

5) JVM의 GC방식 살펴보기

5-1) Serial GC

  • 하나의 쓰레드로 GC를 실행
  • Stop The World 시간이 긺
  • 싱글 쓰레드 환경 및 Heap이 매우 작을 때 사용

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5-2) Parallel GC

  • 여러 개의 쓰레드로 GC를 실행
  • 멀티코어 환경에서 사용
  • Java 8의 default GC 방식

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5-3) CMS GC (Concurrent-Mark-Sweep)

  • Stop The World 최소화를 위해 고안
  • GC 작업을 어플리케이션과 동시에 실행

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  • Compation이 기본 제공이 되지않음
  • G1 GC 등장에 따라 CMS GC는 대체 되었음

5-4) G1 GC

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  • Garbage First (G1)
  • Heap을 Region으로 나누어 사용
  • Java 9 부터 default GC 방식

4. JVM GC 튜닝 맛보기

  • 성능 개선의 최종 단계

1) 목표

  • Lod Generation으로 넘어가는 객체 최소화 하기
  • Major GC 시간을 짧게 유지하기

2) 튜닝과정

  • GC 상태 모니터링 하기
  • 알맞은 GC 방식과 메모리 크기 설정
  • 적용하기

3) Heap 크기 설정

  • Xms : JVM 시작시 힙 영역의 크기
  • Xmx : 최대 힙 영역 크기

4) Neq 영역의 크기 설정

  • -XX:NewRatio: New 영역과 Old 영역의 비율
    • -XX:NewRatio 1 : (New 영역 : Old 영역 == 1:1)
    • -XX:NewRatio 2 : (New 영역 : Old 영역 == 1:2)
  • -XX:NewSize : New 영역의 크기
  • -XX:SurvivorRation : Eden 영역과 Survivor 영역의 비율

5) GC 실행 방식 설정

  • -XX : +UseSerialGC : SerialGC 사용
  • -XX : ParallelGCThreads = value : ParallelGC 사용
  • -XX : +UseParallelOldGC : ParallelGC + Compation
  • -XX : +UseGMSInitialingOccupancyOnly : CMS GC 사용
  • -XX : +UseG1GC : G1 사용

출처

조웰의 GC

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참고