[JVM] 가비지 컬렉터와 메모리 할당 전략 - 메모리 할당과 회수 전략

• JVM이 제공하는 자동 메모리 관리의 근본적인 목표는 객체의 메모리를 '자동으로 할당'하고 객체에 할당된 메모리를 '자동으로 회수'하는 것
• 객체 메모리 할당이란 개념적으로는 힙에 할당한다는 뜻
• 참고)
  • 객체 할당 규칙은 고정된 게 아님
  • 현재 사용하는 가비지 컬렉터와 메모리 관련 가상 머신 매개 변수 설정값에 따라 달라질 수 있음

 

여기서는 시리얼 컬렉터를 사용한 가장 기본적인 메모리 할당 정책을 알아본다.

(모든 상황에서 최고인 단 하나의 컬렉터나 매개 변수 조합이란 없다)

 

1. 객체는 먼저 에덴에 할당된다.

• 대부분의 경우 객체는 신세대의 Eden 영역에 할당됨
• Eden 영역의 공간이 부족해지면 가상 머신은 Minor GC를 시작함
• Eden과 현재 사용중인 Survivor 영역(from)에 있는 객체 중 살아남은 객체들을 다른 Survivor 영역(to)으로 복사함
  • mark-copy 알고리즘 사용
  • Survivor 공간이 부족할 경우 할당 보증 메커니즘을 발동해 곧바로 구세대로 옮김
• 복사 후 객체의 age(생존 횟수) 증가
  • 일정 age 이상이면 이후 GC 때 구세대로 승격됨
  • 구세대로 승격된 후에는 객체의 age 값은 더 이상 카운트되지 않음
• GC 후, Survivor 영역의 from/to 역할이 바뀜 (다음 GC 때는 현재 to가 from이 됨)

 

Q. 할당 보증(Allocation Guarantee) 메커니즘이란?

• JVM이 Minor GC 수행하기 전에 구세대에 객체를 안전하게 승격시킬 수 있는 충분한 공간이 있는지 확인하는 메커니즘
• 만약 해당 공간이 보장되지 않으면, Minor GC 대신 Full GC가 발생할 수 있음
• 동작 방식 요약
  1. 에덴 공간이 가득차서 Minor GC가 필요함
  2. JVM이 할당 보증 메커니즘 수행함
     1. 이번 GC에서 구세대로 승격될 객체가 얼마나 되는지 확인
     2. 구세대에 그만큼의 여유 공간이 있는지 확인
     3. 만약 없다면, Minor GC가 아닌 Full GC 실행 (신세대, 구세대 모두 정리)
     4. 있다면 그대로 Minor GC 수행

 

*2~4는 구세대로 객체가 승격되는 조건을 이야기함

2. 큰 객체는 곧바로 구세대에 할당된다.

• 큰 객체란 커다란 '연속된' 메모리 공간을 필요로 하는 자바 객체
  • ex) 매우 긴 문자열이나 원소가 매우 많은 배열
• 큰 객체들을 담기 위한 '연속된' 공간을 확보하기 위해 수많은 다른 객체를 옮겨야 하므로 심각한 메모리 복사 오버헤드를 동반함
• -XX:PretenureSizeThreshold 매개 변수를 설정하면 설정값보다 큰 객체를 곧바로 구세대에 할당함
  • 해당 매개 변수의 목적은 에덴과 두 생존자 공간 사이의 대규모 복사를 줄이는 데 있음
  • 해당 매개 변수는 시리얼과 파뉴 신세대 컬렉터에만 적용됨 (PS 같은 다른 신세대 컬렉터들은 이 매개 변수를 지원하지 않음)

 

3. 나이가 차면 구세대로 옮겨진다.

• 핫스팟 가상 머신의 컬렉터 대부분은 힙 메모리 관리에 '세대 단위 컬렉션'을 활용함
• 각 객체의 객체 헤더에 세대 나이 카운터를 두도록 함
  • 객체는 주로 에덴에 할당된다. (큰 객체는 조건에 따라 구세대로 할당될 수 있음)
  • 처음 할당되었을 때의 나이는 0이다.
  • 첫 번째 Minor GC에서 살아남은 객체는, 생존자 공간이 충분하면 생존자 공간으로 옮겨지면서 나이가 1 증가한다.
  • 생존자 공간에서 Minor GC 겪을 때마다 다시 1씩 증가한다.
  • 특정 나이가 되면 구세대로 승격된다.
    • 구세대로 승격되는 나이는 -XX:MaxTenuringThreshold 매개 변수로 정함

 

4. 공간이 비좁으면 강제로 승격시킨다.

• '생존자 공간 점유율' 조건으로 인해 객체의 나이가 -XX:MaxTenuringThreshold보다 적어도 구세대로 승격될 수 있음
  • 기본값은 50%로, 생존 객체 전체의 크기 총합이 (복사할) 생존자 공간의 절반을 넘어서면 모든 객체를 구세대로 옮김
  • 이때 -XX:MaxTenuringThreshold로 정한 나이는 무시됨