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👀 GC의 종류

이전글 : GC 이해하기

이번 글에서는 GC의 종류에 대해서 알아보겠습니다.

🔍 Serial GC

  • mark-compact 알고리즘을 사용
  • GC 모두 직렬로 수행(단일 가상 CPU 사용) - 싱글 쓰레드 사용
  • stop-the-world 시간이 김
  • 가장 오래된 GC

🔍 Parallel GC

  • Mark-Sweep-Compaction 알고리즘을 사용
  • Java 8의 default GC
  • Young 영역에서 멀티 쓰레드를 사용하여 GC를 수행
  • stop-the-world 시간이 Serial GC에 비해 감소

🔍 Parallel Old GC

  • Mark-Summary-Compaction 알고리즘을 사용
    • Sweep : 단일 쓰레드가 old 영역 전체를 훑는다.
    • Summary : 멀티 쓰레드가 old 영역을 분리해서 훑는다.
  • Old 영역도 멀티 쓰레드를 사용하여 GC를 수행

🔍 CMS(Concurrent Mark Sweep) GC

  • Stop-the-world 시간을 최소화 하기 위해 고안된 GC

  • CMS의 수집 단계는 다음과 같습니다.

    1. Initial Mark (Stop the World Event)
      • GC Root 에서 참조하는 객채들만 우선 탐색하며, 참조 여부를 파악한다.
      • 위 과정에서 Stop-the-world가 발생하지만, Stop-the-world 시간이 짧다.
    2. Concurrent Marking
      • Initial Mark 과정에서 GC 의 대상으로 판별한 객체들을 따라가며 GC의 대상인지 추가로 확인한다.
      • Stop-the-world가 발생하지 않는다.
    3. Remark (Stop the World Event)
      • Concurrent Marking 단계의 결과를 검증한다.
      • 쓰레드의 업데이트로 인해 누락된 객체가 없는지, 참조가 제거되었는지 확인한다.
      • Stop-the-world 가 발생하며, 이 시간을 최대한 줄이기 위해 멀티스레드로 검증작업을 수행한다.
    4. Concurrent Sweep
      • GC 의 대상으로 식별된 객체를 모두 제거합니다.
      • Stop-the-world 가 발생하지 않는다.
    5. Resetting
      • 데이터 구조를 지워다음 동시 수집을 준비합니다.

  • 위와 같은 과정을 거치다 보니, CPU 부하가 커지는 단점이 존재합니다.

  • Compaction 이 기본적으로 제공되지 않고, 필요할 때만 일어나서 Stop-the-world 시간이 다른 GC보다 더 길게 걸릴 수도 있습니다.

🔍 G1 GC (Garbage First)

  • G1 GC 는 대용량 메모리가 있는 다중 프로세서 시스템을 대상으로 하는 GC 입니다.
  • G1이 Compaction이 제공되며 Compaction이 필요할때만 일어나는 CMS 의 단점을 보완합니다.
  • G1은 CMS 수집기보다 예측 가능한 가비지 수집 일시 중지를 제공하며 사용자가 원하는 일시 중지 대상을 지정할 수 있습니다.
  • 이전 GC와 G1 GC의 힙 구조를 살펴보면 다음과 같습니다.

image

이전 GC는 eden,survivor,old 영역이 나눠져 있지만, 고정된 크기로 존재하진 않습니다. 반면, G1 GC는 고정된 크기로 Region으로 분할됩니다. 즉, 전체 Heap 영역이 아닌, Region 단위로 탐색합니다. 이는 메모리 사용에 있어 큰 유연성을 제공합니다.

  • Garbage만 존재하는 Region을 수거해 감으로써, Garbage First라고 불립니다.

  • G1은 회수 가능한 개체, 즉 쓰레기로 가득 차 있을 가능성이 있는 힙 영역에 수집 및 압축 작업을 집중합니다.

  • Full GC 가 일어나면 수집 단계는 다음과 같습니다.

    1. Initial Mark
      • Old Region에 존재하는 객체들이 참조하는 Survivor Region을 찾습니다.
      • 이 과정에서 Stop-The-World가 발생하게 됩니다.
    2. Root Region Scan
      • Initial Mark 에서 찾은 Survivor Region에서 GC 대상 객체를 탐색합니다.
    3. Concurrent Mark
      • 전체 Region에 대해 스캔하여, GC 대상 객체가 존재하지 않는 Region은 이후 단계에서 제외됩니다.
    4. Remark
      • Stop-The-World 후, GC 대상에서 제외할 객체를 식별합니다.
    5. Cleanup
      • Stop-The-World 후, 살아있는 객체가 가장 적은 Region에 대해서 참조되지 않는 객체를 제거합니다.
      • Stop-The-World 끝내고 완전히 비워진 Region을 Freelist에 추가하여 재사용합니다.
    6. Copy
      • Root Region Scan 단계에서 찾은 GC 대상 Region이었지만 Cleanup 단계에서 살아남은 객체들을 Available/Unused Region에 복사하여 Compaction 작업을 수행합니다.

    image

  • 다음과 같은 특성 중 하나 이상이 있는 경우 G1으로 전환하는 것이 좋습니다.

    • 전체 GC 기간이 너무 길거나 너무 자주 발생합니다.
    • 객체 할당 비율 또는 승격 비율은 크게 다릅니다.
    • 원하지 않는 긴 가비지 수집 또는 압축 일시 중지(0.5~1초 이상)

References