G1 GC

G1 GC 구조

개념 구조 (모든 영역을 블록으로 표기하지 않음)

G1 GC는 여러 Background Thread를 이용하여 Heap 크기에 따라 1MB~32MB로 분할된 Region들을 지정된 Pointer를 통해 Scan 하고 제일 많은 수집 대상이 존재하는 Region에 대해 이름을 지정한다.

이름이 지정된 영역은 GC의 대상이 된다.

 

 

 

Young Generation Region (Non-Contiguous Region)

Heap 메모리 공간에서 비연속적으로 존재하는 Young Object의 주거지를 의미한다.

 

해당 영역의 크기는 Heap 전체 크기의 5~60% 까지를 차지할 수 있다.

 

 

 

G1 GC 특징

• G1 GC는 Scan을 하는 도중에 해당 Region에 대한 Compacting도 수행한다.
• Region은 모두 같은 크기의 영역을 할당받으며, Region에 부여된 역할에 따라 그에 맞는 Object가 존재하게 한다. (Default Region Size = Heap Size / 2048 {Region count})
  • XX : G1HeapRegionSize를 통해 Size를 명시적으로 설정할 수 있다.
• JDK 8부터는 Heap 영역에 존재하는 중복된 문자열에 대해 식별하고 여러 참조에 대해 하나의 문자열을 가리키도록 수정하는 최적화 방식이 포함되었다.

 

 

G1 GC Flow

Evacuation Pauses (Young Generation GC, Minor GC, Young 공간 부족시 발생)

Young Generation Region에서 발생하는 GC를 말하며 Live Object가 하나 이상의 Survivor Region으로 이동하는 상황을 의미한다. (이때 S-T-W가 발생, Multi-Threading 동작)

 

Ageing을 통해 임계값을 만족하는 Object들은 Old Region으로 이동한다.

 

 

 

G1 Collection Phases (= Old GC)

1. Initial Mark (S-T-W)

   Evacuation Pauses가 실행되는 시점에서 수행되는 동작이다. Survivor Region을 Mark

   Old GC가 필요한 경우에 동시 수행된다.

2. Concurrent Marking (Multi-Threading, Concurrent)

   Heap 내의 모든 Live Object와 빈 Region 들을 Mark 하고 Region의 Live Object 비율 계산

   해당 동작은 Evacuation Pauses와 같이 수행될 수 있으며 Application과 같이 동작한다.

3. Remark (S-T-W)

   Heap 내의 Live Object Mark 완료 단계. 빈 Region은 Free Region으로 등록

4. Copying, Cleanup Phase (S-T-W)

   앞서 2단계에서 계산했던 비율을 가지고 빨리 청소할 수 있는 Region들을 선택하여 Cleanup, Copying을 진행한다.

   not-live Object 제거, 빈 Region은 Free Region으로 등록, Survivor → Old Copy 등

5. After Copying, Cleanup Phase (S-T-W)

   선택된 Region들의 Phase가 종료된 시점, 남은 Region 들에 대해 Cleanup, Copying 진행

 

 

G1 GC의 장점

• 별도의 STW 없이도 여유 메모리 공간을 압축하는 기능을 제공한다.

  Compecting으로 인한 STW 발생 시간을 최소화하였다.

• Heap 크기가 클수록 잘 동작하게 된다.

• 특별한 최적화 기능을 제공한다. (String Deduplication Optimize)

  해당 기능은 Evacuation Pauses 중에 발생하며, String의 Hashcode와 값을 비교하게 되는데, 

  최소 수명 즉 AgeThreshold의 값이 3 이상인 중복 String Object 들을 정리한다.

• 많은 튜닝 가능성이 존재한다. (Size, Count, GC 최대 시간, 동작 Thread 수와 실행 빈도 등)

 

 

G1 GC의 유의점, 단점

• 공간 부족 상태를 조심하여야 한다.

  이때 Full GC가 수행되게 되는데, 이 GC는 Single Thread로 동작한다.

  이를 해결하기 위한 간단한 방법으론 Old Generation Region를 크게 만드는 방법이 있지만 이 경우에는 Young Generation Region 영역이 줄어드는 트레이드 오프가 발생한다.

• 해당 GC 방식은 6GB 이상의 Heap Management를 목적으로 개발된 모듈이다. 즉 작은 Heap 공간을 가지는 Application에서는 성능을 제대로 발휘하지 못하고 빈번한 Full GC가 발생할 수 있다.

 

 

참고 자료

• https://medium.com/@fnote/g1gc-tuning-ec78d40861d
• http://java-performance.info/java-string-deduplication/
• https://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/G1GettingStarted/index.html