[Java] 가비지 컬렉션 정의 및 동작원리

2월 1주차 스터디 발표 자료📖
기술 면접을 준비하며 정했던 주제 중 5번 째 주제입니다!
자바의 가비지 컬렉션 개념에 대해 정리하고자 합니다.

가비지 컬렉션의 정의

➔ 동적으로 할당한 메모리 영역 중 사용하지 않는 영역을 탐지하여 해제하는 기능

🤔동적으로 할당한 메모리 영역이 뭘까?
프로그램이 실행되면 JVM은 OS로부터 메모리를 할당받고, 그 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다.
그 중 동적으로 할당된 메모리 영역은 Heap 영역이라고 불린다.

Heap 영역?
- 모든 Object 타입의 데이터가 할당된다.
- Heap에 저장된 데이터는 Garbage Collector가 처리하지 않는 한 소멸되지 않는다.
- 참조형 타입(Reference type)의 데이터가 저장된다.
- Heap 영역의 구조?

새로 생성된 객체는 Eden 영역에 할당된다.
Eden 영역이 꽉차면, Minor GC 실행
- GC는 Marking - Deleting - Copying 순으로 작동한다.
- Marking?
  Garbage Collection Root(Stack 영역의 데이터) 로부터 해당 Root가 참조하는 객체들과 또 그 객체들이 참조하는 객체를 탐색하면서 Reachable 상태의 객체는 마킹하고, UnReachable 상태의 객체는 마킹하지 않는다.
- Deleting?
  Unreachable한 상태의 객체(= 마킹되지 않은 객체)들의 메모리를 해제한다.
- Copying?
  활성화된 객체는 Survival 영역으로 이동하나, 두개의 영역 중 먼저 채워진 곳이 있다면
  해당 위치로 이동하게된다.
  ➔ 즉, Survival 0,1 영역 중 한곳은 비어있어야 한다.
1~2 과정을 반복하다, Survival 영역이 꽉차면 마찬가지로 Minor GC 실행
➔ Survival 영역에서 Survival 영역으로 이동할 땐 Age가 증가한다.
1~3 과정을 반복하다, 특정 Age값에 도달한 객체가 있다면 Promotion 작업이 실행
➔ Promotion? 특정 Age값 이상이 되면 Old generation 영역으로 옮기는 작업
Promotion 작업이 반복되다, Old generation 영역이 꽉차게 되면 Major GC가 실행

GC를 실행하기 위해, JVM이 어플리케이션의 실행을 멈추는 것.
stop-the-world가 발생하면 GC를 실행하는 스레드를 제외한 나머지 스레드는 모두 작업을 멈추게 되며, GC 작업을 완료한 후에 중단한 작업을 다시 시작한다.
GC 튜닝이란 stop-the-world 시간을 줄이는 것을 말한다.

Serial GC
- GC를 처리하는 스레드가 하나이다.
- 적은 메모리와 CPU코어가 한개 일 때 사용
Parallel GC
- Young 영역의 GC를 처리하는 스레드가 여러개이다.
- 메모리가 충분하고 코어의 개수가 많을 때 사용
- Serial GC에 비해 상대적으로 Stop The World가 짧다.
CMS GC(Concurrent Mark Sweep)
- stop-the-world 시간을 줄이기 위해 고안됨
- Reachable한 객체를 한번에 찾지 않고, 나눠서 찾는다.
- compact 과정이 없다.
- 🤔 compact ??
  ➔ UnReachable한 객체의 메모리 해제 후 생긴 빈 공간들(=메모리 단편화)을 제거하고자,
  Reachable한 객체들을 한 곳으로 모으는 작업
G1 GC
- CMS GC를 개선
- Java 9++에서의 Default GC
- Heap을 일정한 크기의 Region으로 나눔.
- 전체 Heap이 아닌 Region 단위로 탐색하여, Region에만 GC 발생
- compact 과정을 진행한다.