기본 동작
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가장 기본적인 GC의 동작으로는 Mark, Sweep, Compact가 있다.
참조 객체와 참조되지 않는 객체를 식별하는 프로세스
모든 객체를 스캔하므로 시간이 많이 걸릴 수 있다.
참조되지 않는 객체를 제거하기 전에 미리 수행되어야 하는 작업이다.
마킹 프로세스가 완료되면 아래 그림과 같이 참조되지 않는 주황색 부분만 마킹된다.
아무 곳에서도 참조되지 않아 마킹된 미사용 객체를 제거하는 프로세스
객체가 제거되어 새 객체를 할당할 수 있는 여유 공간에 대한 참조를 메모리 할당자가 들고 있도록 한다.
Mark, Sweep 작업으로 인해 생긴 메모리 단편화를 없애는 프로세스
남아있는 참조 객체를 이동해 메모리 압축 작업을 수행하면 새 메모리 할당이 훨씬 빨라진다.
이 때에도 새 객체를 할당할 수 있는 여유 공간 블록에 대한 참조를 메모리 할당자가 들고 있도록 한다.
많은 객체가 할당되면 compact, marking이 오래 걸려 GC 작업 시간이 증가하는 현상을 보완하기 위해 오래된 객체, 새로운 객체를 나누어 관리하는 방법이다.
아래 그림과 같이 힙 영역을 객체의 오래된 정도를 기준으로 영역을 나누어, 가장 최신의 객체는 Young Generation, 오래된 객체는 Old Generation, 프로그램이 죽을 때까지 사용되는 객체는 Permenent Generation에 담을 수 있다.
오래된 객체는 앞으로도 계속해서 참조될 확률이 높기 때문에 GC 빈도를 줄이고, 새로운 객체를 담는 영역은 비교적 자주 GC 작업을 하여 GC에 영향받는 메모리 영역을 대폭 줄일 수 있다.
새로운 객체가 할당되는 영역이며, 이는 다시 1개의 Eden 영역과 2개의 Survivors 영역으로 나뉜다.
young generation에서 오랫동안 존재한 객체는 old generation 으로 이동한다.
Minor GC가 발생한다.
인스턴스 생성 시 eden 영역에 할당 된다.
살아남을 객체만 마킹하는 작업을 수행한 후, survival 영역으로 이동한다.
from과 to 의 두 영역으로 나뉘며, 객체들을 from에서 to로 이동시키며 GC를 실행한다.
survival 영역에서 왔다갔다 이동하며 설정된 임계값(threshold)을 넘긴 객체들은 오래된 객체로 간주되어 Old Generation 영역으로 이동한다.
오랫동안 참조된 객체가 저장되는 영역이다.
이 영역에서 발생하는 GC 작업을 Major GC라고 한다.
클래스와 메서드 등의 메타데이터가 저장되는 영역 (Full GC 시에 포함되는 영역이다.)
런타임에 앱에서 사용 중인 클래스를 기반으로 저장되며, SE 라이브러리도 포함될 수 있다.
새로운 데이터를 저장할 공간이 필요한 경우 더이상 필요하지 않게된 데이터를 수집/언로딩 할 수 있다.
GC 방식마다 동작 방식이 다르지만 가장 기본적인 GC의 동작 방식 순서는 아래와 같이 진행된다.
먼저, 새로 생성된 객체는 young generation의 eden 영역에 할당된다. 기존에 생성되어 있던 객체는 survivor 영역에 존재한다.
eden 영역이 가득 차면 minor GC가 eden 영역과 survivor 영역에 대해 minor GC 작업을 진행한다. 현재 시점에도 여전히 참조되고 있는 객체들은 비어있는 survivor 영역(S1)으로 이동되고, 미참조 객체들은 제거한다.
또다시 eden 영역이 가득 차면 minor GC 작업을 진행한다. 참조 객체와 첫번째 survivor 영역의 객체들은 또다시 비어있는 survivor 영역(To survivor space)으로 이동한다. minor GC 작업이 완료되면 eden과 from survivor 영역이 모두 비워진다. 객체가 이동될 때 마다 age가 늘어나며, 이는 old generation으로 이동할 척도가 된다.
또다시 minor GC를 수행할 때 age가 특정 임계값을 넘긴 객체는 old generation으로 이동한다. 이러한 과정을 반복하며 old generation 영역이 가득 차게 되면 major GC가 발생한다.
GC를 위한 특별한 객체로 GC 프로세스의 시작점이다.
GC 루트로부터 직/간접적으로 참조되는 객체는 GC 대상에서 제외된다.
GC 알고리즘의 대부분(Hotspot JVM)은 GC 루트부터 객체 그래프를 순회하기 시작하여 참조되고 있는 객체들을 식별하고 GC 수집 대상을 찾는 형태이다.
GC 프로세스는 애플리케이션에 정의된 모든 GC 루트에 대해 실행된다.
GC 루트의 타입으로는 여러가지가 존재한다.
클래스
클래스 로더에 의해 로딩된 클래스
해당 클래스의 스태틱 필드의 참조도 포함된다.
JVM 스택의 LVA(Local Variable Array)
LVA의 지역 변수, 매개 변수
활성화 상태의 스레드
JNI 참조
JNI 호출을 위해 생성된 네이티브 코드 Java 객체
지역 변수, 매개 변수, 전역 JNI 참조 등
동기화를 위해 모니터로 사용되는 객체
ex) synchronized 블록에서 사용(참조)되는 객체
GC 루트 용도로 JVM 정의/구현한 GC 처리되지 않는 객체
ex) Exception 클래스, system(custom) 클래스 로더 등
참조 객체의 참조 횟수를 세어 GC를 처리하는 방법이 있었지만 현재는 사용되지 않는 방법이다.
구현이 간단하고 횟수가 0이 되었을 때 즉시 제거할 수 있어, GC가 처리되어야 할 때마다 발생하는 STW 등을 피할 수 있다.
하지만 순환 참조 문제를 해결하기 어렵고 카운팅을 위한 추가 메모리가 필요하였기에 사용하지 않게 되었다.
