Java - Garbage Collection

Java -  Garbage Collection

 

Garbage Collection 이란 ?

프로그래머는 힙을 사용할 수 있는 만큼 자유롭게 사용하고, 

더 이상 사용되지 않는 인스턴스(쓰레기객체)들은 가비지 컬렉션을 담당하는 프로레스가 자동으로 

메모리에서 제거하도록 하는 것이 가비지 컬렉션의 기본이다.

프로그램을 실행하다가 메모리가 부족해져 메모리가 더 필요해지는 시점에 실행됩니다.

 

GC와 Reachability

Java GC는 객체가 가비지인지 판별하기 위해서 reachability라는 개념을 사용합니다.

어떤 객체에 유효한 참조가 있으면 'reachable'로, 없으면 'unreachable'로 구별하고, unreachable 객체를 가비지로 간주해 GC를 수행하게됩니다.

한 객체는 여러 다른 객체를 참조하고, 참조된 다른 객체들도 마찬가지로 또 다른 객체들을 참조할 수 있으므로 객체들은 참조 사슬을 이룹니다.이런 상황에서 유효한 참조 여부를 파악하려면 항상 유효한 최초의 참조가 있어야 하는데 이를 객체 참조의 root set이라고 한다.

가비지 컬렉션 영역

 가비지 컬렉션은 세가지 영역으로 나눌 수 있습니다.

1. Yung
   • Eden
   • Survivor 0
   • Survivor 1
2. Old
3. Perm
   • 생성된 객체들의 정보의 주소값이 저장된 공간.
   • class loader에 의해 load되는 Class , Method등에 대한 Meta정보가 저장되는 영역
   • JVM에 의해 사용된다. 직접 사용할 일이 없습니다.
   • Refelction을 사용하여 동적으로 클래스가 로딩되는 경우에 사용 
   • Java 7이후부터 MetaSpace 로 변경되었습니다.

 

 

가비지 컬렉션 종류

GC는 크게 두개의 타입으로 나뉩니다. 

1. Major GC
   •  Old영역이나 , Perm영역에서 발생하는 GC
   • full GC라고도함
2. Minor GC
   • Yung영역에서 발생하는 GC

위의 두가지 GC가 어떻게 상호작용하느냐에 따라서 , GC방식에 차이가 발생하며, 성능에도 영향을 줍니다.

 

가비지 컬렉션 프로세스

1. 새로운 오브젝트는 Eden 영역에 할당된다. 두개의 Survivor Space 는 비워진 상태로 시작합니다.
2. Eden 영역이 가득차면, MinorGC 가 발생합니다.
3. MinorGC 가 발생하면, Reachable 오브젝트들은 S0 으로 옮겨진다. Unreachable 오브젝트들은 Eden 영역이 클리어 될때 함께 메모리에서 사라집니다.
4. 다음 MinorGC 가 발생할때, Eden 영역에는 3번과 같은 과정이 발생합니다.. Unreachable 오브젝트들은 지워지고, Reachable 오브젝트들은 Survivor Space 로 이동합니다. 기존에 S0 에 있었던 Reachable 오브젝트들은 S1 으로 옮겨지는데, 이때, age 값이 증가되어 옮겨집니다. 살아남은 모든 오브젝트들이 S1 으로 모두 옮겨지면, S0 와 Eden 은 클리어 된다. Survivor Space 에서 Survivor Space 로의 이동은 이동할때마다 age 값이 증가합니다.
5. 다음 MinorGC 가 발생하면, 4번 과정이 반복되는데, S1 이 가득차 있었으므로 S1 에서 살아남은 오브젝트들은 S0 로 옮겨지면서 Eden 과 S1 은 클리어 됩니다. 이때에도, age 값이 증가되어 옮겨진다. Survivor Space 에서 Survivor Space 로의 이동은 이동할때마다 age 값이 증가합니다.
6. Young Generation 에서 계속해서 살아남으며 age 값이 증가하는 오브젝트들은 age 값이 특정값 이상이 되면 Old Generation 으로 옮겨지는데 이 단계를 Promotion 이라고 합니다.
7. MinorGC 가 계속해서 반복되면, Promotion 작업도 꾸준히 발생하게 됩니다.
8. Promotion 작업이 계속해서 반복되면서 Old Generation 이 가득차게 되면 MajorGC 가 발생하게 됩니다.

 

 

가비지 컬렉션 방식 

1. Serial GC(-XX:+UseSerialGC)
   • Serial GC는 적은 메모리와 CPU코어 개수가 적을 때 적합한 방식입니다.
   • old 영역에서 mark-sweep-compact 알고리즘사용
     • 살아있는객체를 마크, sweep , 남은객체를 앞으로 정리
2. Parallel GC(-XX:+UseParallelGC)
   • Serial GC와 기본적인 알고리즘은 같지만, 여러개의 Thread가 나누어 처리하는 방식입니다.
   • Old영역에 대해서 mark-sweep-compact 알고리즘을 사용한다는  점은 Serial과 같음
3. Parallel Old GC(-XX:+UseParallelOldGC)
   • ParallelGC에 비해 Old영역에 대한 알고리즘만 다르고 여기서는
     • mark-summary-compaction 알고리즘을 사용
     • summary단계에서는 앞서 GC를 수행한 영역에 대해서 별도로 살아있는 객체를 식별
4. Current Mark Sweep(CMS) GC(-XX:UseConcMarkSweepGC)
   • 초기 Initial Mark 단계에서는 클래스 로더에서 가장 가까운 객체중 살아있는 객레를 찾는 것으로만 끝낸다
     • 따라서 멈추는시간이 아주짧다
   • 그리고 Concurrent Mark단계에서는 살아있다고 확인한 객체에서 참조하고 있는 객체들을 따라가면서 확인한다.
     • 여기서 특징은 다른스레드가 실행중인 상태에서 동시에 진행된다는 것이다.
   • 그다음  Remark단계에서는 Current Mark 단계에서 새로 추가되거나 참조가 끊긴 객체를 확인한다.
   • 마지막으로 ConCurrent Sweep 단계에서는 쓰레기를 정리하는 작업을 실행한다.
     • 이작업도 다른 스레드가 실행되고 있는 상황에서 진행된다.
   • 장점
     • 장점으로는 stop -the -world시간이 매우 짧아, 모든 어플리케이션 응답속도가 중요할때 CMS GC를 사용한다.
   • 단점
     • 다른 방식보다 CPU를 많이 사용하며,  
     • Compaction단계가 기본적으로 제공되지 않는다.
     • 조각난 메모리가 많아, Compaction을 실행하면 다른 GC보다 stop-the-world 시간이 길 기 때문에 
       • Compaction이 얼마나 자주, 오래동안 수행되는지 확인해야한다.

       5. G1 GC

• G1(Garbage First)
  • G1 GC를 이해하려면 지금까지의 Young 영역과 Old 영역에 대해서는 잊는 것이 좋다.
  • G1 GC는 바둑판 각 영역에 객체를 할당하고 CG를 실행한다.
  • 해당영역이 꽉차면 다른 영역에서 객체를 할당하고 GC를 실행한다.
    • 즉, Yung의 가지 영역에서 Old영역으로 이동하는 단계가 사라졌다고 보면된다.
  • 장점
    • 위에서 말했던 어떤 GC보다 빠르다
    • JDK 7 에서 정식으로 포함하여 제공된다.

 

 

***Mark-sweep-compact 알고리즘 

1. Old 영역으로 이동된 객체들 중 살아 있는 개체를 식별합니다. (Mark)

2. Old 영역의 객체들을 훑는 작업을 수행하여 쓰레기 객체를 식별합니다. (Sweep)

3. 필요 없는 객체들을 지우고 살아 있는 객체들을 한 곳으로 모은다 (Compact)

 

GC 튜닝하기 

http://d2.naver.com/helloworld/37111