[Java] G1GC 알아보기

Java 9 이후로 GC(Garbage Collector) 의 표준이 된 G1GC에 대해 작성하는 글 입니다.

G1GC: Garbage 1(first) Garbage Collector

G1GC 는 이름에서 알수 있듯 가바지 수집이 최우선이 되는 가비지 컬렉터입니다. Java9 부터 Java 진영의 표준 GC 모델이 되었으며 다읍과 같은 특징이 있습니다.

• 쓰레기로 가득찬 heap 영역을 집중적으로 수집
• 큰메모리를 가진 멀티 프로세서 시스템에 사용하기 위해 개발된 GC이다.
• G1GC는 일시정지시간(STW)을 최소하 하면서, 가능한 처리량도 확보하는것이 G1GC의 목표이다.
• G1 은 통계를 계산해가면서 GC 작업량을 조절한다.

다음 상황일때 G1GC를 사용하는데 도움이됩니다.

• HEAP의 50% 이상 라이브 데이터일때
• GC가 너무 오래걸릴때

G1GC 의 영역

G1GC의 힙 레이아웃은 기존에 있던 다른 가비지 콜렉터와 차이가있다.
G1GC는 전체 HEAP을 체스판, 바둑판 처럼 여러 영역 으로 나누어 관리한다.
각 체스판은 다음과 같은 영역들로 나뉜다.

G1GC의 구조

영역은 다음과 같은 역할을 한다.

• EDEN : 새로운 객체가 할당되면 이곳에 생성한다.
• SURVIVOR : 기존 S1,S0 등 두 부분으로 존재하던 이전의 가비지컬렉터에서 G1GC에서는 하나로 관리되며 HEAP 영역에 연속되지않게 있음 EDEN 영역에서 살아남은 객체들이 이곳으로 이동된다..
• OLD : SURVIVOR 영역에서 몇번이상(임계값) 살아남은 객체가 이곳으로 이동한다.
• HUMONGOUS : REGION의 50% 이상의 큰 객체 는 일반영역에 맞지않아 HUMONGOUS 라는 영역에 배치되며 일반적인 REGION보다 클수있습니다. 해당영역은 별도로 관리된다. (다른 REGION 과 다르게 연속된 공간을 사용하고, 만약 메모리상 자투리공간이 남더라도 사용하지않는다.)
• AVAILABE: 아직 사용되지 않은 REGION을 뜻 한다.

G1GC 의 사이클

G1GC의 cycle

G1GC는 다음과 같은 사이클을 순회한다.
파랑원 은 Minor GC 를 의미하고
주황원 은 Major GC 를
붉은원 은 MIXED GC 를 의미한다.
각 원의 크기만큼 STW(STOP THE WORLD) 가 발생 한 것이다.

1. Young-only phase: Old gen occupancy exceeds threshold 이전단계로 Old 영역이 임계값 이전이라면 MINOR GC가 실행된다.
2. Young-only phase with InitialMark : YoungGC와 동시에 일어나는
3. space-reclamation : Concurrent Marking Cycle이 일어난 후 Young/Old 영역의 Evacuation을 진행하는 페이즈이다. G1GC는 PauseTime을 적게 가져가기 위해 MixedCollection이 짧게 여러번 일어난다.

YOUNG GC (MINOR GC)

기존 GC와는 다른구조를 띈다 이전 GC에서는 연속적인 메모리구조를 보이지만 G1GC에서는 체스판 배열(비연속된 구조) 를 띄운다.

EDEN 영역에서 살아있는객체들이 SURVIVOR 영역으로 EVACUATION(이동 혹은 복사) 된다 만약 여러번 살아남은객체이면서 임계값에 도달했다면 몇몇 객체는 OLD 영역으로 이동한다(승격)

이과정에서 어플리케이션이 멈추는 STW가 발생한다.

살아남은 객체가 이동되고 필요없어진 공간은 비우면서 COMPACTION(압축) 된다.

OLD GC (MAJOR GC)

OLD GC는 다음 단계를 따른다. STW 는 STOP THE WORLD 의 약자로 어플리케이션이 중지되는 단계를 표시했다.

1. 초기 마킹 (Initial mark,STW) : OLD 영역 에 존재하는 객체들이 참조하는 SURVIVOR REGION을 찾음
2. ROOT공간 탐색(Root region Scanning) : 1.에서 찾은 SURVIVOR REGION 에대한 GC대상 스캔작업을 진행
3. 동시 마킹(Concurrent Marking) : 힙 전체의 REGION 에대해서 스캔작업을 진행하며 GC대상이없는 REGION은 이후 단계에서 제외된다.
4. 재마킹 (Remark,STW) : 최종적으로 GC대상에서 제외될 객체를 선별한다.
5. 비우기 (CleanUp,STW) : 살아있는 객체가 가장 적은 지역(REGION) 의 미사용객체 를 제거하고 GC 과정에서 완전히 비워진 REGION 을 FREELIST로 등록한다. 위의 그림에서는 avilable 지역상태로만든다.
6. 복사 (Copyping,STW) : CleanUp 에서 살아남은 객체들을 새로운 region에 복사하고 compaction을 진행함

생각

이전의 GC에서는 볼수없는 구조와 LIFECYCLE을 이해하려고 여러문서를 봐도 내가 정확하게 이해하고 있는지 모르겠다 😅 아마 생각날때마다 계속 다시 읽지않을까 특히 FULL GC에 해당하는 OLD GC 부분에서 MINOR GC와 동시에 진행되는 부분은 '이게.. 된다고 ?'👀

1. 어렵다고 생각되는부분

• G1GC 에서 동시에 마킹되는 과정에서 GC는 어떻게 그 수치를 조정하는가.

2. 인상적인부분

• 체스판 모양의 힙구조 개선 및 region 에대한 개념도입
• STW 를 줄이기위해 STW시간을 잘게 나눈 접근법등 🐢

참고한글

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G1GC gabage collector
Oracle G1GC 레퍼런스
Java's G1
G1 TUTORIAL