Garbage Collection (가비지 컬렉션)

Garbage Collection (Memory)

JVM 이란?

자바 프로그램의 범주에 들어가는 모든 것들을 실행시키는 기본 데몬

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1데몬 
2멀티태스킹 운영 체제에서 사용자가 직접적으로 제어하지 않고, 백그라운드에서 돌면서 여러 작업을 하는 프로그램

“Java 프로그램을 실행한다” 의 의미

컴파일 과정을 통하여 생성된 Class 파일을 JVM 으로 로딩하고 ByteCode를 해석(interpret)하는 과정을 거쳐 메모리 등의 리소스를 할당하고 관리하며 정보를 처리하는 일련의 작업

• Java Source: 사용자가 작성한 Java 코드이다
• Java Compiler: Java Source 파일을 JVM이 해석할 수 있는 Java Byte Code로 변경한다.
• Java Byte Code: Java Compiler에 의해 수행될 결과물이다(확장자 .class 파일)
• Class Loader: JVM 내로 .class 파일들을 Load하여 Loading된 클래스들을 Runtime Data Area에 배치된다.
• Execution Engine: Loading된 클래스의 Bytecode를 해석(interpret)한다.
• Runtime Data Area: JVM이라는 프로세스가 프로그램을 수행하기 위해 OS에서 할당받은 메모리 공간이다.

Runtime Data Area

• Method Area: 클래스, 변수, Method, static변수, 상수 정보 등이 저장되는 영역 (모든 Thread가 공유)
  • 저장하는 정보들
    1. Type(Class, Interface) Information
       • Type의 전체 이름 (패키지명 + 클래스명)
       • Type의 직계 하위 클래스 전체 이름
       • Type의 클래스 / 인터페이스 여부
       • Type의 modifier (public / abstract / final)
       • 연관된 인터페이스 이름 리스트
    2. Runtime Constant pool (Type 의 모든 상수 정보)
       • Type, Field, Method로의 모든 Symbolic Reference 정보를 포함
       • Constant Pool의 Entry는 배열과 같이 인덱스 번호를 통해 접근
       • Object의 접근 등 모든 참조를 위한 핵심 요소
    3. Field Information (인스턴스 변수)
       • Field Type
       • Field modifier (public / private / protected / static / final / volatile / transient)
    4. Method Information (Constructor를 포함한 모든 메소드)
       • Method Name
       • Method Return Type
       • Method Parameter 수와 Type
       • Method modifier (public / private / protected / static / final / syncronized / native / abstract)Method 구현 부분이 있을 경우 ( abstract 또는 native 가 아닐 경우 )
       • Method의 byteCode
       • Method의 Stack Frame의 Operand Stack 및 Local variable section의 크기
       • Exception Table
    5. Class Variable (static 키워드로 선언된 변수)
       • 모든 인스턴스에 공유 되며 인스턴스가 없어도 직접 접근이 가능하다.
       • 이 변수는 인스턴스의 것이 아니라 클래스에 속하게 된다.
       • 클래스를 사용 하기 이전에 이 변수들은 미리 메모리를 할당 받아 있는 상태가 된다.
       • final class 변수는 상수로 치환 되어 Runtime Constant Pool에 값을 복사한다.
• Heap Area: new 명령어로 생성된 인스턴스와 객체가 저장되는 구역(Garbage Collection 이슈는 이 영역에서 일어나며, 모든 Thread가 공유)
• Stack Area: Method 내에서 사용되는 값들(매개변수, 지역변수, 리턴값 등)이 저장되는 구역으로 메소드가 호출될때 LIFO로 하나씩 생성되고, 메소드 실행이 완료되면 LIFO로 하나씩 지워진다. (각 Thread별로 하나씩 생성)
• PC Register: CPU의 Register와 역할이 비슷하다. 현재 수행 중인 JVM 명령의 주소 값이 저장된다. (각 Thread별로 하나씩 생성)
• Native Method Stack: 다른 언어(C/C++ 등)의 메소드 호출을 위해 할당되는 구역으로 언어에 맞게 Stack이 형성되는 구역이다

프로그램 카운터(Program counter, PC) 는 마이크로프로세서(중앙 처리 장치) 내부에 있는 레지스터 중의 하나로서, 다음에 실행될 명령어의 주소를 가지고 있어 실행할 기계어 코드의 위치를 지정한다. 때문에 “명령어 포인터” 라고도 한다.

JVM Heap Structure

Garbage Collection (Hotspot JVM)

정의

The garbage collector (GC) automatically manages the application’s dynamic memory allocation requests.

역할

• 힙(heap) 내의 객체 중에서 가비지(garbage)를 찾아낸다
• 찾아낸 가비지를 처리해서 힙의 메모리를 회수한다

GC 알고리즘

GC Root

GC를 위한 특별한 객체 객체가 살아있음을 보장한다

ex) Class, Thread, Stack Local, JNI Local, JNI Global, Monitor Used, Held by JVM

Reachability

• 어떤 객체가 유효한 참조가 있을 경우 - ‘reachable’
• 어떤 객체가 유효한 참조가 없는 경우 - ‘unreachable’
• 유효한 최초 참조 - ‘root set’

Reference & Reachability

• Strong Reachable Object
• Weakly Reachable Object (GC 대상)
• Unreachable Objects (GC 대상)

Strengths of Reachability

GC의 종류

Reference

가비지 컬렉션(Garbage Collection)

NAVER D2

memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf

[JVM Internal] JVM 메모리 구조

JVM의 Runtime Data Area

Garbage Collection (Hotspot JVM GC)

JVM GC와 메모리 튜닝 (조대협)

java.lang.ref #1. Object Reachability란?

Java의 메모리 관리 - Weak, Soft, Phantom reference 예제

GC roots

JVM Garbage Collectors Benchmarks Report 19.12