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가비지 컬렉션(GC)은 JVM이 힙에서 더 이상 필요 없는 객체를 자동으로 회수하여 메모리 누수를 방지하고 안정적인 성능을 보장하는 핵심 기능입니다. 이 글에서는 GC의 동작 원리·알고리즘·JVM 옵션·모니터링을 한눈에 살펴봅니다.

가비지 컬렉션이란?

  • 자동 메모리 관리 기술로, 개발자가 free() 등을 호출하지 않아도 객체를 안전하게 해제합니다.
  • GC가 없는 환경에서는 메모리 누수(Leak)와 이중 해제(Double Free) 같은 오류가 빈번하지만, 자바는 Stop-The-World 단계에서 검증 후 회수하므로 안전성이 뛰어납니다.

키 포인트: GC는 안전성과 편의성을 제공하지만, 잘못 튜닝하면 일시 멈춤(Pause)으로 응답성이 저하될 수 있습니다.

힙 구조와 세대(Generation)

Young Generation

  • Eden 영역에 새 객체가 생성됩니다.
  • Minor GC가 발생하면 Survivor S0/S1로 객체를 복사하여 살아남은 횟수를 기록합니다.

Old Generation

  • Survivor에서 여러 차례 살아남은 객체가 Promotion되어 장기 보관됩니다.
  • 객체 크기가 크거나, 처음부터 오래 살아남을 것으로 예상되면 직접 Old로 할당되는 경우도 있습니다.

핵심 알고리즘 비교

알고리즘 동작 방식 장점 단점
Mark-Sweep 도달 가능 객체마크→ 미사용 영역스윕 구현 단순 메모리 단편화
Copying 사용 객체만 새 영역으로 복사 단편화 해소, 빠른 할당 메모리 사용률 ↓
Generational GC 세대별 특성에 맞춰 Minor/Major GC 평균 지연 ↓ 튜닝 필요
G1 GC 힙을 작은Region으로 나누고 병렬·동시 GC 저지연, 대용량 힙 초기 튜닝 복잡

GC 트리거와 Stop-The-World

  • Minor GC: Eden이 가득 차면 발생하며, 짧은 Pause가 발생합니다.
  • Major (Old) GC: Old 영역이 임계치를 초과하면 발생하며, Pause가 길어집니다.
  • Full GC: 힙 전체를 대상으로 하며, 최악의 응답 지연이 발생하므로 로그를 주의 깊게 모니터링해야 합니다.

JVM GC 옵션 빠른 레시피

# 8 GB 힙, G1 GC 사용, GC 상세 로그 출력
java -Xms4g -Xmx8g \\
     -XX:+UseG1GC \\
     -XX:+PrintGCDetails \\
     -XX:+PrintGCDateStamps \\
     -Xloggc:logs/gc.log \\
     -jar app.jar
  • Xms/-Xmx: 힙 초기·최대 크기 설정
  • XX:+UseG1GC: 저지연용 G1 사용
  • XX:MaxGCPauseMillis=200: 목표 Pause 시간 힌트
  • XX:+PrintGCDetails: GC 원인·소요 시간 로그

GC 모니터링 & 튜닝 프로세스

  1. 로그 확보 – 위 옵션으로 gc.log 수집
  2. 시각화 도구 – GCViewer, GCEasy로 Pause 패턴 분석
  3. 병목 파악 – 빈번한 Full GC, Promotion Failure 여부 확인
  4. 옵션 조정 – 힙 사이즈·Region 크기·GC 유형 변경 후 재측정

Tip: JDK 11 이상에서는 JFR(Java Flight Recorder)로 CPU·메모리·GC 이벤트를 통합 분석할 수 있습니다.

질문 정리

  1. Minor GC와 Major GC는 왜 속도 차이가 큰가요?Young 영역(작음)은 Copy GC 중심이라 빨리 끝나지만, Old 영역(큼)은 Mark-Sweep-Compact 과정을 거쳐 시간이 더 소요됩니다.
  2. Stop-The-World를 완전히 없앨 수 있나요?완전 제거는 불가능하지만, ZGC·Shenandoah(저지연 GC)로 Pause 시간을 수 ms로 줄일 수 있습니다.
  3. System.gc() 호출은 권장되나요?대부분의 경우 권장되지 않습니다. 명시적 호출이 예상치 못한 Full GC를 유발하여 성능을 저하시킬 수 있습니다.
  4. 메모리 누수를 GC가 자동 해결해 주나요?객체를 여전히 참조하고 있으면 GC가 회수하지 못합니다. 참조 해제를 통해 누수를 직접 방지해야 합니다.
  5. GC 로그에서 Promotion Failure가 보이면 어떻게 해야 하나요?Old 영역이 부족해 Young 객체를 승격하지 못한 상황입니다. Old 크기 확대 또는 객체 생성 패턴 개선이 필요합니다.

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