Old GC

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

Serial GC

• Young 영역에서는 기본적인 GC 동작방식을 그대로 따름
• Old 영역에 대해서 mark-sweep-compact 알고리즘을 이용
• 해당 GC는 메모리가 적고 적은수의 CPU에서만 사용하기 적합
• 활성화 옵션 -> -XX:+UseSerialGC

Serial Collector의 한계
애플리케이션이 거대해짐에 따라 Heap 메모리가 함께커지므로 Serial Collector 성능의 한계가 나타나게 됨 (Full GC로 인한 suspend)

• Throughput Collector -> 병렬처리를 통해 통해 성능 개선
• Low Pause Collector -> suspend를 분산시켜 STW 시간을 줄이는 방법

Parallel GC

• Throughput Collector 라고도 불림
• JDK 4에 추가됨
• Serial GC와 동작방식이 같으나, Multi-Thread가 동시에 Garbage Collection을 수행 (Parallel Copy Algorithm)
• Young 영역에서만 동작함 (Minor GC)
• 활성화 옵션 -> -XX:+UseParallelGC

Parallel Old GC

• Parallel Compaction Collector 라고도 불림
• JDK 5 Update6 에 추가됐으며, JDK 6부터 디폴트 방식이 됨
• Parallel Collector에 Old 영역 GC(Major GC) 방식이 변경(Mark-Sweep-Compaction -> Mark-Summary-Compaction)
  1. Mark
     • Old 영역을 Region 단위로 균일하게 나눔 (Region 은 논리적인 구역이다, 보통 2kbytes 단위)
     • STW가 발생하며 Parallel하게 각 Thread가 Live Object를 Marking
     • Live Object의 size 및 위치 정보 등을 갱신함
  2. Summary
     • 각 Region Live Object 밀도를 평가하여, Dense prefix를 설정
     • Dense prefix를 기준으로 왼쪽은 GC대상에서 제외되고, 오른쪽은 GC / Compaction 대상
     • 즉, Dense prefix란, 위에서 측정한 밀도정보를 바탕으로 어느 Region을 GC / Compaction 대상으로 삼을지 정하는 작업을 뜻함
  3. Compaction
     • STW발생
     • Summary에서 GC 대상이된 Region을 담당하는 Thread 들이 수행
     • Source Region 을 제외한 나머지 Region에서 Sweep를 수행하여, GC를 수행 (Source Region이란, Compaction 대상이 되는 주로 우측에 있는 Region들)
     • Destination Region들이 Sweep 된 이후, Source Region에서 Live Object 들을 Destination Region에 옮김
• 활성화 옵션 -> -XX:+UseParallelOldGC

CMS GC (Concurrent Mark & Sweep GC)

• Low Pause Collector 의 일종으로, suspend time을 분산하여 응답시간을 개선한 방식으로, Low Latency GC 라고도 불림
• Young 영역에서는 Parallel GC와 동일 (Parallel Copy Algorithm)
• Old 영역에서는 Concurrent Mark-Sweep Algorithm (Initial Mark, Concurrent Mark, Remark, Concurrent Sweep)
  1. Initial Mark
     • STW가 발생하며, Single Thread에서 수행
     • Root set에서 Live Object 만 빠르게 Mark
     • 전체 Object를 탐색하는 것이 아니기 때문에 굉장히 짧음
  2. Concurrent Mark
     • Initial Mark에서 발견된 Live Object 들이 참조하는 다른 Object들을 찾아서 Mark
     • STW가 발생하지 않고, Concurrent하게 수행됨
     • 때문에 해당 작업 도중 새로운 객체가 생성될 수 있음
  3. Remark
     • STW가 발생하며, Multi-Thread에서 수행
     • Concurrent Mark 과정중 생성된 객체 및 찾아낸 모든 Live Object들이 아직 Reachability한지 탐색
  4. Concurrent Sweep
     • 각 Thread에서 Sweep를 수행
• 주의할점
  • Compacting 단계가 없기 때문에, Memory Fragmentation가 발생 할 수 있음
  • Memory Fragmentation 보완방법
    • Heap을 Size를 크게 잡는다 -> Major GC의 시간이 늘어나게됨
    • Free List를 사용 : promotion된 object의 크기와 비슷한 free space를 탐색하여 배치하는 방법이지만, 적절한 배치를 위한 Overhead가 발생
• 활성화 옵션 -> -XX:+UseConcMarkSweepGC
  • Minor GC디폴트값 -> -XX:+UseParNewGC

G1 GC (Garbage First GC)

• JDK 7 update4 부터 지원
• 전체 Heap을 동일한 크기의 연속된 공간으로 나눔, 나뉘어진 각 영역들을 region이라고 함
• region들은 각각 Eden, Survivor, Old공간으로 논리적으로 매핑됨 (논리적 맵핑으로 쉽게 리사이징 가능)
• 그 이외의 region
  • Humongous region : 객체가 region 크기에 50% 이상 차지할때, 인접 region에 함께 저장
  • unused areas : Heap에서 아직 사용되지 않은 영역
• Minor GC
  • STW가 발생
  • Young 영역에서 Live Object 찾아서 적절한 region에 복사한다. (Oracle 문서엔 대피시킨다고 표현함)
  • Multi Thread 로 실행됨
• Major GC (Concurrent Marking Cycle)
  1. Concurrent Marking
     • Multi Thread로 동작하며, 애플리케이션과 Concurrnet하게 수행
     • Old영역에서 Live Object를 마킹함
     • Evacuation pause와 동시에 실행 가능하다 (=Minor GC를 뜻함)
  2. Remark (STW)
     • SATB 알고리즘 사용 (CMS보다 훨씬 빠르다고함)
     • 완전히 비어있는 region이 반환됨
  3. Copying/Cleanup (STW)
     • Multi Thread로 동작
     • region에 liveness 정보를 갱신

       이것만 봐서는 g1이 내부적으로 어떻게 동작하는지 도저히 와닿지가 않아, 검색을 해보니 설명이 굉장히 잘 나온 블로그가 있어서 별도로 기재한다.
       이곳에서 G1 GC의 수행단계를 확인하고,
       이곳에선 G1 GC internal 자료구조와 동작방식을 확인하면 좋을것 같다.

참고문헌

• Introduction of Java GC Tuning and Java Java Mission Control
• NAVER helloworld blog
• Oracle Getting Stared with the G1 Garbage Collector
• initproc blog
• appchemist blog