메모리 관리의 핵심! Java Garbage Collection 쉽게 이해하기

안녕하세요! 😊 오늘은 Java Garbage Collection(가비지 컬렉션)에 대해 쉽게 설명드릴게요. Java 개발자라면 한 번쯤 들어봤겠지만, 정확히 이해하지 못한 경우가 많죠. 괜찮아요, 오늘 차근차근 알아가 봅시다! ✨

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Java Garbage Collection이란?

Java는 프로그래머가 메모리를 직접 관리하지 않아도 되는 자동 메모리 관리(Automatic Memory Management)를 제공합니다. 그 중심에는 바로 Garbage Collection(GC)이 있어요.
Garbage Collection은 더 이상 사용되지 않는 객체를 메모리에서 제거하여 메모리 누수를 방지하고 애플리케이션 성능을 최적화하는 역할을 합니다.

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Garbage Collection의 동작 원리

1. Heap 영역 관리
   Java 프로그램이 실행되면 객체는 Heap 메모리에 생성됩니다.
   하지만, 생성된 모든 객체가 영원히 사용되진 않겠죠?
   GC는 Heap 메모리에서 더 이상 참조되지 않는 객체를 쓰레기(garbage)로 간주하고 제거합니다.
2. GC의 주요 목표
   • 메모리 누수 방지: 더 이상 필요 없는 객체를 제거해 메모리를 효율적으로 사용.
   • 성능 최적화: 사용 가능한 메모리 확보로 애플리케이션 성능 유지.
3. GC의 과정
   • Mark: GC는 어떤 객체가 여전히 사용되고 있는지 표시합니다.
   • Sweep: 더 이상 참조되지 않는 객체를 메모리에서 제거합니다.
   • Compacting: 조각난 메모리를 정리해 더 큰 메모리 블록을 확보합니다.

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Garbage Collection 알고리즘

Java는 다양한 GC 알고리즘을 제공합니다. 각 알고리즘은 특성과 성능이 달라요.

1. Serial GC
   • 단일 스레드에서 작동하며, 작은 애플리케이션에 적합.
   • 간단하지만, 멀티스레드 환경에서는 효율적이지 않음.
2. Parallel GC
   • 여러 스레드를 사용해 동시에 GC 작업 수행.
   • 멀티코어 환경에 적합.
3. G1 GC (Garbage First)
   • 대규모 애플리케이션에 적합하며, 낮은 지연 시간(Latency)을 목표로 설계됨.
   • Heap을 여러 영역(Region)으로 나눠 GC 작업을 병렬로 처리.
4. ZGC (Z Garbage Collector)
   • 대용량 데이터 처리에 적합하며, 매우 짧은 지연 시간 제공.
   • Java 11에서 도입.

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GC를 개발자가 제어할 수 있을까?

Java에서 GC는 JVM(Java Virtual Machine)이 자동으로 처리하지만, 개발자가 도움을 줄 수 있는 방법도 있어요.

1. 객체를 참조 해제하기

사용이 끝난 객체의 참조를 null로 설정하면 GC가 해당 객체를 더 빨리 제거할 수 있어요.

MyObject obj = new MyObject();
// 객체 사용 후
obj = null;

2. 메모리 누수를 유발하는 코드 피하기

• Static 변수를 과도하게 사용하지 말기.

• Collection

  내부 객체를 명시적으로 제거하기.

  List<Object> list = new ArrayList<>();
  list.add(new Object());
  list.clear(); // 명시적으로 제거

3. GC 실행 요청하기

System.gc()를 호출하면 GC 실행을 요청할 수 있지만, JVM이 반드시 실행할지는 보장되지 않습니다. 😅

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GC와 관련된 유용한 JVM 옵션

애플리케이션 요구 사항에 맞는 GC를 선택하려면 JVM 옵션을 사용할 수 있어요.

• GC 알고리즘 지정

  -XX:+UseSerialGC      # Serial GC 사용
  -XX:+UseParallelGC    # Parallel GC 사용
  -XX:+UseG1GC          # G1 GC 사용

• Heap 메모리 설정

  -Xms512m      # 초기 Heap 크기
  -Xmx1024m     # 최대 Heap 크기

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어려운 용어 정리

• Heap 메모리: 객체가 생성되는 메모리 공간.
• Mark-Sweep: 객체를 식별하고 제거하는 과정.
• Compacting: 메모리 단편화를 정리해 연속된 공간을 만드는 작업.
• Latency(지연 시간): 작업이 실행되기까지 걸리는 시간.

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끝으로 한 마디

Java의 가비지 컬렉션은 프로그래머의 부담을 덜어주는 훌륭한 기능이에요! 😊 물론, 내부 동작 원리를 이해하면 성능 최적화에 큰 도움이 되겠죠. 조금씩 학습하면서 꾸준히 성장해 봐요! 💪