가비지 컬렉터(Garbage Collector, GC)는 메모리 관리의 핵심 요소로, 사용하지 않는 객체를 자동으로 식별하고 회수하여 메모리 누수를 방지하는 역할을 합니다. 이 시스템 덕분에 개발자는 메모리 관리에 대해 걱정할 필요 없이 프로그램을 작성할 수 있습니다. 자바의 GC는 다양한 방식으로 동작하며, 여러 종류가 있습니다. 여기서는 GC의 기본 개념과 자바에서 사용되는 주요 GC 유형들, 그리고 각각의 특징을 상세히 설명합니다.
가비지 컬렉터의 기본 개념
1. 힙 메모리
- 자바의 메모리는 주로 힙(Heap) 메모리와 스택(Stack) 메모리로 나뉩니다.
- 힙 메모리는 모든 클래스 인스턴스와 배열이 동적 할당되는 곳입니다.
- 스택 메모리는 메서드 호출과 로컬 변수 저장에 사용됩니다.
2. 객체의 생명주기
- 객체는 힙 메모리에 생성되며, 더 이상 참조되지 않을 때 가비지 컬렉터에 의해 회수됩니다.
- 참조되지 않는 객체는 가비지(쓰레기)로 간주됩니다.
3. 가비지 컬렉션의 과정
- 마크 단계: 가비지 컬렉터가 루트(root)부터 시작하여 모든 접근 가능한 객체를 식별합니다.
- 스위프 단계: 접근할 수 없는 객체를 메모리에서 제거합니다.
- 압축 단계(선택 사항): 메모리 단편화를 줄이기 위해 남은 객체들을 하나로 모읍니다.
자바의 주요 가비지 컬렉터 종류
자바는 다양한 GC 알고리즘을 제공합니다. 각 알고리즘은 다른 방식으로 메모리를 관리하며, 특정 시나리오에 최적화되어 있습니다.
1. Serial GC
- 설명: 단일 스레드로 동작하는 GC입니다.
- 특징: 간단하고 효율적이며, 작은 애플리케이션이나 단일 스레드 환경에 적합합니다.
- 명령어: -XX:+UseSerialGC
2. Parallel GC
- 설명: 여러 스레드를 사용하여 GC 작업을 병렬로 수행합니다.
- 특징: 멀티코어 시스템에서 더 나은 성능을 발휘하며, 고성능 애플리케이션에 적합합니다.
- 명령어: -XX:+UseParallelGC
3. CMS (Concurrent Mark-Sweep) GC
- 설명: 애플리케이션 실행 중에 대부분의 GC 작업을 병렬로 수행합니다.
- 특징: 짧은 멈춤 시간을 목표로 하며, 대화형 애플리케이션에 적합합니다.
- 명령어: -XX:+UseConcMarkSweepGC
- 단점: 메모리 단편화 문제와 높은 CPU 사용률이 발생할 수 있습니다.
4. G1 (Garbage-First) GC
- 설명: 자바 7부터 도입된 GC로, 힙을 여러 영역으로 나누어 관리합니다.
- 특징: 예측 가능한 멈춤 시간을 제공하며, 대용량 힙 메모리에 적합합니다.
- 명령어: -XX:+UseG1GC
5. ZGC (Z Garbage Collector)
- 설명: 매우 낮은 멈춤 시간을 목표로 하는 최신 GC입니다.
- 특징: 매우 큰 힙(수 테라바이트)에서 작동할 수 있으며, 멈춤 시간이 10ms 미만입니다.
- 명령어: -XX:+UseZGC
- 제한: 최신 자바 버전에서만 사용 가능하며, 현재는 실험적인 기능입니다.
6. Shenandoah GC
- 설명: Red Hat이 개발한 낮은 멈춤 시간 GC입니다.
- 특징: 병렬로 메모리를 정리하며, 낮은 멈춤 시간을 목표로 합니다.
- 명령어: -XX:+UseShenandoahGC
GC 튜닝과 모니터링
1. GC 튜닝
- 애플리케이션의 성능을 최적화하기 위해 GC 설정을 조정할 수 있습니다.
- 예를 들어, 힙 크기(-Xms와 -Xmx), 영세대와 노년세대 크기, GC 스레드 수 등을 조정할 수 있습니다.
2. GC 모니터링
- 자바는 다양한 도구를 제공하여 GC 동작을 모니터링할 수 있습니다.
- VisualVM: 자바 애플리케이션의 성능을 모니터링하고 분석하는 데 사용됩니다.
- JConsole: JVM의 성능 데이터를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.
- GC 로그: GC 로그를 통해 GC 이벤트를 분석할 수 있습니다. GC 로그를 활성화하려면 다음과 같은 JVM 옵션을 사용할 수 있습니다:
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1
2
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-Xlog:gc*:file=gc.log:time,uptime:filecount=5,filesize=10M
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cs |
자바의 가비지 컬렉터는 메모리 관리를 자동화하여 개발자의 부담을 덜어줍니다. 다양한 GC 알고리즘을 제공하여 애플리케이션의 특성과 요구에 맞게 선택할 수 있으며, 성능 튜닝과 모니터링 도구를 통해 최적의 성능을 달성할 수 있습니다. GC에 대한 깊은 이해는 고성능 자바 애플리케이션을 개발하는 데 중요한 요소입니다.
