DevelopJAVA

Java Garbage Collection (1)

GC

GC가 하는일

  • Heap 내에서 사용되지 않는 Object를 찾는다
  • 해당 메모리를 회수한다

들어가기 전에… 용어정리

  • STW(Stop The World) : JVM이 GC를 실행하는 Thread를 제외한 나머지 모든 Thread를 멈추는것
  • Reachable : 어떤 객체 유효한 참조가 있을때
  • Unreachable : 어떤 객체에 유효한 참조가 없을때
  • Root set : 객체의 참조여부를 파악하기 위한 최초의 유효한 참조
    Reachable/Unreachable 객체

GC 기본 프로세스

  1. Step1. Marking
    • Marking
    • GC가 Unreachable Object를 찾아낸다
    • 이때 모든 객체를 스캔하므로 시간이 오래걸린다
  2. Step2. Normal Deletion
    • Normal Deletion
    • Unreachable Object를 삭제한다
    • 제거된 객체의 포인터를 남겨두었다가, 추후 새로운 객체가 할당되면 해당 위치에 추가한다
  3. Step3. Compacting
    • Compacting
    • 성능을 위해 Reachable Object를 묶는다
    • Compacting을 과정을 수행함으로써, 삭제된 객체들 사이에 발생한 Fragmentation 문제와 재할당이 쉬워진다(마지막에만 객체를 추가하면됨)

비효율적인 프로세스

Object Life Time
위에 명시한 GC의 기본 프로세스는 모든 객체를 스캔해야 하므로 비효율적이다. 위 표를 보면, 일반적인 애플리케이션에서 대부분의 객체의 LifeTime이 짧다. 때문에 Heap을 더 작은 파트(Young, Old, Permanent)로 나누어 퍼포먼스를 향상시킬 수 있다.

Weak generational hypothesis

  • 대부분의 객체는 금방 접근 불가능 상태가 된다(unreachable)
  • 오래된 객체에서젊은 객체로의 참조는 아주 적게 존재한다

Oracle HotSpot Heap Structure

HotSpot Heap Structure

  • Young 영역 (Young Generation)
  • Old 영역 (Old Generation)
  • Permanent 영역 (Permanent Generation)
HotSpot VM에서 더 빠른 메모리 할당을 위해 사용하는 방법
  • TLAB (Thread Local Allocation Buffers)
    • 각 Thread에 Eden영역에 작은 부분을 미리 할당
    • 각 Thread들은 자신이 갖고있는 TLAB에만 접근할 수 있다.
    • 활성화 옵션 -> -XX:+UseTLAB
  • Bump the Pointer Allocation
    • Eden영역에 할당된 마지막 객체의 위치를 추적 (Eden의 맨위에 존재)
    • 새로 할당할 객체가 Eden영역에 넣을 수 있는 크기인지 판단

      Multi Thread 환경에서 Thread들이 Eden영역에 저장하려면 Lock이 발생해야하지만, TLAB을 통해 각자의 영역에 저장하므로, Lock없이 가능하다.

Young 영역

객체가 가장 먼저 생성되는 영역으로, Eden영역과 2개의 Survivor영역으로 구성되어있다. 해당 영역에서 이뤄지는 GC를 Minor GC라고 한다

Young 영역의 처리 순서
  1. 새로 생성되는 대부분의 객체는 대부분 Eden에 생성
  2. Eden에서 GC가 발생 -> 살아남은 객체는 Survivor 영역중 한곳으로 이동
  3. 동일한 Survivor 영역이 꽉 찰때까지 2번 반복
  4. Survivor에서 GC 발생 -> 살아남은 객체는 다른 Survivor영역으로 이동, 이때 두개의 Survivor영역중 한곳은 반드시 비어있어야 한다
  5. 1~4 과정을 반복하다가, 지속적으로 살아남은 객체는 Old 영역으로 이동 (promotion)
Old 영역

위 Young 영역에서 지속적인 GC에도 살아남은 객체들이 모이는 영역으로, 이곳에서 이뤄지는 GC를 Full GC라고 한다. Full GC는 Minor GC에 비해 STW시간이 훨씬 길기 때문에, 성능에 큰 영향을 끼친다.

Old 영역 GC 종류
  • Serial GC
  • Parallel GC / Parallel Old GC
  • CMS GC (Concurrent Mark & Sweep GC)
  • G1 GC (Garbage First GC)
Permanent 영역

Heap 메모리 영역중 하나로, 애플리케이션이 실행될때 클래스의 메타데이터를 저장하는 영역

  • Class의 Meta 정보(이름, 패키지 주소 등)
  • Method의 Meta 정보
  • 상수 string / static object 등
  • JVM 내부 객체 / 컴파일러 최적화 정보(JIT)
  • 등등..

무분별한 Static Object의 사용과, HotDeploy로 인한 Meta Data 증가로 PermGen Space OOM를 방지하고자, 해당 영역을 java8 부터 삭제하였다.

  • Class / Method의 메타데이터 / JVM 내부 객체 및 컴파일러 최적화 정보 -> MetaSpace로 이동
  • 상수 string / static object -> Heap으로 이동

참고문헌

공유하기