Java 기초 <14. JVM 내부 구조 및 GC 원리 (G1 GC, ZGC, Shenandoah)>

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14. JVM 내부 구조 및 GC 원리 (G1 GC, ZGC, Shenandoah)

 

안녕하세요! 태마입니다.

Java 기초 강좌입니다.

 

강좌의 경우 

1. 주제 간단 정리

2. 상세 주제 정리

으로 이루어져 있습니다.

 

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포스팅 시작하겠습니다 :)

1. 주제 간단 정리

1. JVM(Java Virtual Machine) 개념

JVM은 Java 프로그램을 실행하기 위한 가상 머신입니다.
✔ Java 프로그램은 소스 코드가 바이트코드로 컴파일된 후, JVM에 의해 실행됩니다.
✔ JVM은 운영 체제와 하드웨어에서 독립적인 실행 환경을 제공하여 플랫폼 독립성을 보장합니다.
✔ JVM은 Java 애플리케이션을 실행하기 위한 런타임 환경으로, 메모리 관리, 스레드 관리, JIT 컴파일 등을 담당합니다.

📌 JVM의 주요 역할
✔ 바이트코드 실행 : Java 컴파일러가 생성한 .class 파일을 실행
✔ 메모리 관리 : 힙(Heap), 스택(Stack), 메서드 영역 등 메모리 할당 및 관리
✔ 가비지 컬렉션(GC) : 메모리에서 사용되지 않는 객체를 자동으로 정리
✔ JIT 컴파일 : Just-In-Time 컴파일을 통해 바이트코드를 네이티브 코드로 변환하여 실행 속도 향상

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2. JVM 메모리 구조

JVM은 여러 메모리 영역을 사용하여 프로그램 실행을 관리합니다.

• 메서드 영역(Method Area) : 클래스와 메타데이터가 저장됩니다.
• 힙 영역(Heap) : 객체가 생성되고, 가비지 컬렉션이 수행되는 곳입니다.
• 스택 영역(Stack) : 각 스레드마다 호출된 메서드의 지역 변수와 함수 호출이 저장됩니다.
• PC 레지스터(Program Counter Register) : 각 스레드의 현재 실행 중인 명령을 추적합니다.
• 네이티브 메서드 스택(Native Method Stack) : Java가 아닌 언어로 작성된 메서드를 위한 스택입니다.

✅ JVM 메모리 구조 시각화

메서드 영역	클래스, 메타데이터 저장
힙 영역	객체, 가비지 컬렉션
스택 영역	지역 변수, 함수 호출
PC 레지스터	현재 실행 명령
네이티브 메서드 스택	네이티브 코드 메서드

📌 JVM의 각 메모리 영역은 서로 협력하여 Java 애플리케이션을 실행하고 관리함.

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3. 가비지 컬렉션(GC)란?

**가비지 컬렉션(GC)**은 사용되지 않는 객체를 자동으로 정리하여 메모리 누수를 방지하는 JVM의 중요한 기능입니다.
✔ JVM의 힙 영역에 있는 객체 중 더 이상 참조되지 않는 객체를 자동으로 제거하여 메모리 관리를 최적화합니다.
✔ 가비지 컬렉션은 자동 메모리 관리를 통해 프로그래머가 메모리 해제를 직접 관리할 필요를 줄여줍니다.

📌 GC의 주요 특징
✔ 자동 메모리 관리
✔ 참조되지 않는 객체를 주기적으로 삭제
✔ 프로그램 성능을 최적화하기 위해 다양한 GC 알고리즘이 존재

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2. 상세 주제 정리

 

1. GC 알고리즘 종류

Java에서는 다양한 가비지 컬렉션 알고리즘을 제공하며, 각각의 알고리즘은 다른 방식으로 메모리를 관리합니다.

• Serial GC : 단일 스레드로 가비지 컬렉션을 수행하며, 소형 애플리케이션에 적합
• Parallel GC : 다중 스레드로 가비지 컬렉션을 수행하여 멀티코어 시스템에서 효율적
• CMS (Concurrent Mark-Sweep) GC : 멈추지 않는 가비지 컬렉션을 목표로 한 알고리즘으로, 짧은 정지 시간을 제공합니다.

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2. G1 GC (Garbage-First Garbage Collector)

G1 GC는 Java 7부터 제공되는 가비지 컬렉션 알고리즘으로, 대형 애플리케이션을 위한 효율적인 메모리 관리를 제공합니다.
✔ G1 GC는 힙 영역을 여러 개의 작은 영역으로 나누어 가비지 컬렉션을 수행하여, 단기 및 장기 정지 시간을 최소화합니다.
✔ G1 GC는 전반적인 성능을 향상시키고, 예측 가능한 정지 시간을 보장합니다.

✅ G1 GC의 특징

• 단기 정지 시간 최소화
• 힙 영역을 여러 작은 영역으로 분할하여 효율적 관리
• 예측 가능한 성능을 제공
• 멀티코어 시스템에서 효율적
• 메모리 사용 최적화

✅ G1 GC 튜닝 예제

$ java -XX:+UseG1GC -Xmx2g -Xms2g MyApp

📌 G1 GC는 대형 시스템에서 성능을 최적화하는 데 유용함.

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3. ZGC (Z Garbage Collector)

ZGC는 Java 11에서 도입된 가비지 컬렉터로, 낮은 지연 시간과 대규모 힙 영역을 효율적으로 처리할 수 있도록 설계되었습니다.
✔ ZGC는 가비지 컬렉션 시 전체 애플리케이션을 멈추지 않고 일부만 정지하여 지연 시간을 최소화합니다.
✔ **초대형 힙(Heap)**을 사용하는 시스템에서 성능을 극대화하는 데 유용합니다.

✅ ZGC의 특징

• 낮은 지연 시간 제공
• 가비지 컬렉션 동안 애플리케이션 정지 시간을 최소화
• 대형 힙 처리에 적합
• 실시간 애플리케이션에 유용

✅ ZGC 튜닝 예제

bash

복사

java -XX:+UseZGC -Xmx4g -Xms4g MyApp

📌 ZGC는 초대형 힙을 사용하는 애플리케이션에 최적화되어 있으며, 지연 시간을 최소화

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4. Shenandoah GC

Shenandoah GC는 Java 12에서 도입된 가비지 컬렉션 알고리즘으로, 낮은 지연 시간을 제공하며, 전체 애플리케이션을 멈추지 않고 가비지 컬렉션을 수행합니다.
✔ Shenandoah GC는 힙 영역을 실시간으로 정리하고, 애플리케이션 정지 시간을 최소화합니다.
✔ 이 GC는 실시간 성능 요구 사항이 중요한 애플리케이션에서 유용합니다.

✅ Shenandoah GC의 특징

• 낮은 지연 시간 제공
• 애플리케이션 멈춤 시간을 최소화
• 실시간 처리에 적합
• 대형 시스템 및 실시간 시스템에 최적화

✅ Shenandoah GC 튜닝 예제

bash

복사

java -XX:+UseShenandoahGC -Xmx4g -Xms4g MyApp

📌 Shenandoah GC는 실시간 애플리케이션에서 성능을 최적화하는 데 유용

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✅ 지금까지 Java의 가비지 컬렉션 알고리즘과 다양한 GC에 대해 배웠어요!
👉 "이제 리플렉션과 애노테이션을 활용한 Java의 고급 기능을 배우고 싶다면?"
✅ 다음 회차에서 리플렉션과 애노테이션에 대해 다뤄봅시다!