Iyoungman Back-end Developer

Minor GC 와 Major GC

2020-06-02
Java
 

Summary

  • JVM Heap의 Young, Old 영역에 대해 알아본다.
  • Minor GC와 Major GC에 대해 알아본다.
  • GC 방식에 대해 알아본다.


Heap의 Young, Old 영역

  • 가비지 콜렉터는 Heap 영역에서 사용하지 않는 객체를 메모리에서 제거한다.
  • Heap에는 크게 2개의 물리적 공간으로 나뉜다.

Young Generation 영역(이하 Young 영역)

Old Generation 영역(이하 Old 영역)


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Young 영역

  • 새롭게 생성한 객체가 위치하는 영역이다.
  • 이 영역에서 객체가 사라질 때 Minor GC가 발생한다고 말한다.
  • Young 영역은 3개의 영역으로 나뉜다.

Eden 영역

Survivor 영역(2개)


Old 영역

  • Young 영역에서 살아남은 객체가 복사되는 영역이다.
  • 대부분 Young 영역보다 크게 할당하기 때문에 크기가 큰 만큼 Young 영역보다 GC는 적게 발생한다.
  • 이 영역에서 객체가 사라질 때 Major GC가 발생한다고 말한다.


Minor GC 과정

  • 아래 예제를 통해 Minor GC 과정에 대해 알아본다.
  • Minor GC는 Copy And Scavenger 과정을 거친다.


1) Eden 에서 Survivor 영역 이동

새로 생성한 대부분의 객체는 Eden 영역에 위치한다.

여러 객체를 생성했다고 하자.

A, B, C, D, E, F 라고 부르겠다.

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Eden 영역이 꽉 찼으므로 Minor GC가 발생한다.

Minor GC가 발생한 후 살아남은 객체는 Survivor 영역 중 하나로 이동한다.

A, B, C가 살아남았다고 가정한다.

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Eden 영역에 새로운 객체 H, I, J가 생성되었다.

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Eden영역이 꽉 차거나, Survivor영역이 꽉 차면 Minor GC가 발생한다.

Minor GC가 발생하면 Eden과 S0에 Alive된 객체를 S1에 복사한다.

Eden에서는 I 가 Alive, S0에서는 A,B가 Alive라고 가정한다.

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Minor GC후에 Eden과 S0에 남은 객체는 죽은 것이므로 Clear한다.

즉, 더이상 참조되지 않는 객체라는 의미이다.

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다음번 Minor GC가 발생하면 같은 원리로 Eden과 S1 영역에 Alive된 객체를 S0에 복사한다.

이러한 과정을 반복한다.

따라서, Survivor 영역 중 하나는 반드시 비어있는 상태여야한다.


3) Survivor 에서 Old 영역으로 이동

  • Minor GC에서 살아남아 Survivor로 이동할때마다 객체의 Age가 증가한다.
  • Age가 일정 이상이 되면 Old 영역으로 이동한다.
  • Age는 -XX:MaxTenuringThreshold 옵션으로 설정할 수 있다고 한다.

아래 그림에서 A,B가 Alive 되어있고 Age가 일정 이상 되었다고 하자.

Minor GC가 발생하면 A,B는 Old 영역으로 이동한다.

I는 Alive 지만 Age가 일정 이상 되지 않아 S0으로 이동한다.

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4) Old 영역

Old 영역은 기본적으로 데이터가 가득 차면 GC를 실행한다.

Full GC, Major GC가 발생하면 GC를 한다.


GC의 방식

1. Serial GC

  • Young 영역에서는 위의 GC 과정에서 설펴본 방식을 사용한다.
  • Old 영역의 GC는 Mark-Sweep-Compaction 알고리즘을 사용한다.

Mark : Old 영역에 살아 있는 객체를 표시한다.(Mark)

Sweep : Old 영역의 Mark된 객체를 제외하고 제거한다.(Sweep)

Compaction : 살아있는 객체를 모은다.(Compaction)


Compaction을 하는 이유는?

  • 메모리 단편화 제거


2. Parallel GC

  • Serial GC와 기본적인 알고리즘은 같다.


차이점은?

  • Serial GC는 Minor GC에서 처리하는 스레드가 하나인 것에 비해
    Parallel GC는 Minor GC를 처리하는 스레드가 여러개이다.

  • 따라서 Serial GC보다 빠르게 객체를 처리한다.


3. Parallel Old GC

  • Parallel GC와 비교해 Old 영역의 GC 알고리즘만 다르다.
  • Old 영역에서 Mark-Summary-Compaction 알고리즘을 사용한다.

Mark-Sweep-Compaction 연산과는 Sweep과 Summary의 차이다.

Sweep은 단일 스레드가 Old 영역을 훑어 객체만 찾아내는 방식이지만

Summary는 여러 스레드가 Old 영역을 분리하여 훑는다.


4. CMS(Concurrent-Mark-Sweep) GC

  • Stop-The-World 시간을 최소화하기 위한 방식이다.

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  • Old영역은 GC는 다음 흐름과 같다.

Initial Mark -> Concurrent Mark -> Remark -> Concurrent Sweep

Initial Mark : GC Root에서 참조 Tree상 가장 가까운 객체만 1차적으로 GC 대상인지 판단한다. Stop-The-World 가 발생하지만 탐색 깊이가 얕기 때문에 시간이 짧다.

Concurrent Mark : Initial Mark 단계에서 살아있다고 확인된 객체에서 참조하고 있는 객체들을 따라가며 확인한다. Stop-The-World가 발생하지 않는다.

Remark : Concurrent Mark 단계에서 새로 추가되거나 끊긴 객체를 확인한다. Stop-The-World가 발생하며 이 시간을 줄이기 위해 멀티 스레드를 이용한다.

Concurrent Sweep : Mark된 쓰레기 객체를 정리한다. Stop-The-World가 발생하지 않는다.


  • 장점은 Stop-The-World 시간이 짧다.

  • 단점은 다른 GC 방식보다 메모리와 CPU를 더 많이 사용한다.
  • 또한, Compaction 단계가 기본적으로 제공되지 않는다.
    필요하면 별도의 설정이 필요.


5. G1 GC

  • Young 영역과 Old 영역을 나누지 않고
  • 바둑판 모양 각 영역에 객체를 할당한다.
  • 모든 GC 방식중에 가장 빠르다.



Next

  • Young과 Old 영역, GC 방식에 대해 간단하게 알아봤다.
  • 추후에 실제로 사용할 일이 생긴다면 각 GC 방식에 대해 더 자세히 알아봐야겠다.


Reference

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