🗑️ 1. GC는 ‘청소부’가 아니라 ‘생존자 선별기’다

GC(Garbage Collection)를 “쓰레기를 줍는 과정"이라고 생각하기 쉽습니다. 하지만 실제로는 “살아있는 객체(Live Object)를 마킹하고, 나머지를 날리는” 과정에 가깝습니다.

  • Reachability: GC Root(스택 변수, Static 변수 등)에서 닿을 수 있는 객체만 살아남습니다.
  • Stop-The-World (STW): 청소를 하려면 잠깐 세상을 멈춰야 합니다. 이걸 줄이는 게 GC 튜닝의 핵심입니다.

👶 2. 약한 세대 가설 (Weak Generational Hypothesis)

“대부분의 객체는 금방 죽는다.” 이 가설 때문에 힙 메모리는 Young과 Old로 나뉩니다.

stateDiagram-v2
    direction LR
    state "Young Generation" as Young {
        [*] --> Eden : New Object
        Eden --> Survivor : Minor GC
        Survivor --> Survivor : Aging (Swap)
    }
    
    state "Old Generation" as OldGen {
        Survivor --> Old : Promotion
        Old --> [*] : Major GC (Reclaim)
    }
    
    note right of Old
        Major GC causes
        Long STW
    end note
  1. Eden: 갓 태어난 객체들의 요람. 금방 죽는 객체는 여기서 Minor GC로 사라집니다.
  2. Survivor: Eden에서 살아남은 객체가 잠시 머무는 곳.
  3. Old: 산전수전 겪고 살아남은 객체들이 모이는 곳. 여기가 차면 Major GC (Full GC) 가 발생하며, 이는 매우 느립니다.

🚦 3. GC 알고리즘 진화

JVM의 역사는 STW(멈춤 시간)를 줄이기 위한 투쟁의 역사입니다.

1. STW vs Concurrent 비교

gantt
    title Stop-The-World vs Concurrent
    dateFormat X
    axisFormat %s
    
    section Parallel GC
    App Running       : 0, 10
    GC (STW)          : crit, 10, 5
    App Running       : 15, 10
    
    section G1/CMS GC
    App Running       : 0, 25
    Concurrent Mark   : active, 5, 10
    Remark (Short STW): crit, 15, 2

1. Serial / Parallel GC

  • 단순 무식: 청소할 때 모든 스레드 올스탑.
  • Parallel: 청소부(GC 스레드) 숫자를 늘려서 빨리 끝냄. (Throughput 중심)

2. CMS (Concurrent Mark Sweep)

  • 눈치 보기: 애플리케이션 돌면서 몰래몰래 마킹함.
  • 단점: 메모리 파편화(Fragmentation)가 심함.

3. G1 GC (Garbage First) - 표준

  • 바둑판: 힙을 잘게 쪼개서(Region), 쓰레기가 많은 곳부터 청소함.
  • 예측 가능: “200ms 안에 끝내줘"라고 설정 가능.
graph TB
    subgraph Region Map
    direction TB
        subgraph Row1
        direction LR
        R1[Eden] --- R2[Old] --- R3[Survivor] --- R4[Empty]
        end
        subgraph Row2
        direction LR
        R5[Old] --- R6[Humongous] --- R7[Eden] --- R8[Old]
        end
    end
    
    style R1 fill:#a5d6a7,stroke:#333
    style R7 fill:#a5d6a7,stroke:#333
    style R3 fill:#90caf9,stroke:#333
    style R2 fill:#ef9a9a,stroke:#333
    style R5 fill:#ef9a9a,stroke:#333
    style R8 fill:#ef9a9a,stroke:#333
    style R6 fill:#ce93d8,stroke:#333
    style R4 fill:#e0e0e0,stroke:#333,stroke-dasharray: 5 5

4. ZGC / Shenandoah

  • 마법: TB급 힙에서도 멈춤 시간 10ms 미만.
  • 원리: 포인터 자체에 색칠(Coloring)을 하거나 로드 배리어(Load Barrier)를 써서 위상 이동을 실시간 처리.

🔍 4. GC 로그 분석 실전

GC 튜닝의 시작은 로그(Log) 입니다. “느려요"라고 말하기 전에 로그를 봐야 합니다.

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 65536K->10752K(76288K)] 65536K->10760K(251392K), 0.0123456 secs]
  • Allocation Failure: Eden 꽉 차서 발생. (정상)
  • PSYoungGen: Young 영역 줄어듦 (청소 성공!)
  • 0.012 secs: 12ms 멈췄음. (양호)

Full GC가 빈번하다면?

  1. 메모리 누수(Leak): 쓸데없는 객체를 static 컬렉션 같은 데 쌓아두고 있지 않은지?
  2. 객체 크기: 불필요하게 큰 객체를 계속 만드는지?
  3. 힙 크기: 물리 메모리에 비해 힙이 너무 작은지?

요약

  1. 세대 분리: 금방 죽는 놈(Young)과 오래 사는 놈(Old)을 나눠서 관리한다.
  2. Minor GC: 자주 일어나고 빠르다. (Eden 청소)
  3. Major GC: 가끔 일어나고 느리다. (Old 청소, STW 주범)
  4. G1 GC: 요즘 서버의 기본. 큰 힙을 효율적으로 쓴다.