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가비지 컬렉션(GC, Garbage Collection) 총정리

by kangs' tong 2023. 9. 15.

가비지 컬렉션(GC, Garbage Collection)이란 무엇인가요?

가비지 컬렉션은 메모리 관리를 자동으로 처리해주는 프로세스입니다. 프로그램에서 사용하지 않는 메모리를 식별하여 해제하는 일을 합니다. 이는 프로그래머가 메모리 관리에 신경을 쓰지 않고도 코드를 작성할 수 있도록 도와줍니다.

가비지 컬렉션의 작동 방식은 어떻게 되나요?

  1. 객체 생성:
    프로그램에서 객체가 생성되면 메모리 공간이 할당됩니다. 이때 객체는 힙(heap) 메모리 내에 생성됩니다.

  2. 객체 사용:
    객체는 변수에 할당되거나 다른 객체에 참조됩니다. 이러한 참조를 통해 객체를 사용하고 변경할 수 있습니다.

  3. 객체 접근 가능 여부 확인:
    가비지 컬렉션은 주기적으로 힙 메모리를 조사하여 각 객체들이 접근 가능한지 여부를 확인합니다. 이를 위해 "루트(root)"라고 불리는 전역 변수, 스택 등에서 시작하여 참조 객체를 따라가며 접근 가능한 객체를 확인합니다.

  4. 접근 불가능한 객체 식별:
    가비지 컬렉션은 사용 중인 객체에서 시작하여 루트로부터 접근할 수 없는 객체를 식별합니다. 이러한 객체는 메모리를 차지하고 있지만 더 이상 사용되지 않으므로 해제해야 합니다.

  5. 메모리 해제:
    가비지 컬렉션은 접근 불가능한 객체들이 차지하고 있는 메모리를 해제합니다. 이를 위해서는 객체가 참조하고 있는 다른 객체들도 함께 접근 불가능한지 확인해야 합니다.

가비지 컬렉션의 장단점은 무엇인가요?

장점

  • 메모리 관리 부담 감소: 가비지 컬렉션을 사용하면 개발자는 메모리 할당과 해제를 직접 관리할 필요가 없어집니다.
  • 객체 유지 보수 개선: 가비지 컬렉션은 객체의 접근 가능 여부를 확인하기 때문에, 개발자가 객체의 생명 주기를 신경 쓰지 않아도 됩니다.

단점

  • 일시적인 성능 저하: 가비지 컬렉션은 메모리를 해제하기 위해 일시적으로 프로그램을 멈출 수 있습니다. 따라서 실시간 시스템이나 반응성이 중요한 애플리케이션에서는 성능 저하가 발생할 수 있습니다.
  • 메모리 누수 가능성: 개발자가 가비지 컬렉션을 잘못 사용하거나 객체 참조를 적절히 관리하지 않을 경우, 메모리 누수가 발생할 수 있습니다.

가비지 컬렉션 알고리즘의 종류는 어떤 것이 있나요?

1. 대상 기반 가비지 컬렉션 (Tracing-Based Garbage Collection)

  • Mark-Sweep: 프로그램이 일시적으로 중지되는 동안, 접근 가능한 객체들을 마킹(mark)하고, 마킹되지 않은 객체들을 해제하는 방식입니다.
  • Mark-Compact: 마킹된 객체들을 한 곳으로 모으고, 메모리의 남는 부분을 정리하는 방식입니다. 마킹의 단계가 추가되어 메모리 활용도를 높일 수 있습니다.

2. 세대 기반 가비지 컬렉션 (Generational Garbage Collection)

  • Minor GC: 새로 생성된 객체들이 있는 영역을 청소하는 작은 규모의 가비지 컬렉션입니다. 이 작업은 주로 Young 영역에서 수행되며, 많은 객체가 가비지인 경우 Major GC를 호출합니다.
  • Major GC: 전체 힙 영역을 대상으로 하는 가비지 컬렉션입니다. Young 영역과 Old 영역을 모두 확인하여 가비지를 제거합니다.

가비지 컬렉션 튜닝이란 무엇인가요?

가비지 컬렉션 튜닝은 가비지 컬렉션의 성능을 향상시키기 위해 수행되는 작업입니다. 주요 목표는 가비지 컬렉터가 작동하는 시간을 최소화하는 것입니다. 이를 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

  • 튜닝 옵션 조정: 가비지 컬렉션에 사용되는 튜닝 옵션을 조정하여 가비지 컬렉션의 동작을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 가비지 컬렉션의 주기를 늘리거나 작은 영역만 청소하도록 설정할 수 있습니다.
  • 객체 생명 주기 최적화: 객체의 생성과 해제를 최적화하여 가비지 컬렉션의 작업을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 재사용 가능한 객체를 캐싱하거나 객체 참조를 적절히 관리하여 가비지 컬렉션 대상이 되는 객체를 줄일 수 있습니다.
  • 가비지 컬렉션 로그 분석: 가비지 컬렉션 로그를 분석하여 가비지 컬렉션의 동작을 파악하고 문제를 식별할 수 있습니다. 예를 들어, 가비지 컬렉션에 시간이 많이 소요되는 부분을 찾아 개선할 수 있습니다.

결론

가비지 컬렉션은 메모리 관리를 자동으로 처리해주는 프로세스로, 프로그래머가 메모리 관리에 신경 쓸 필요 없이 코드를 작성할 수 있도록 도와줍니다. 그러나 일시적인 성능 저하와 메모리 누수 가능성이 있어 튜닝이 필요할 수 있습니다. 다양한 가비지 컬렉션 알고리즘이 존재하며, 세대 기반 가비지 컬렉션은 성능 향상을 위해 사용됩니다. 정확한 튜닝과 최적화를 통해 가비지 컬렉션의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

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