Java Garbage Collector(GC) 원리 완벽 이해하기

Java Garbage Collector(GC) 원리 완벽 이해하기

Java를 공부하다 보면 반드시 만나게 되는 핵심 개념이 바로:

Garbage Collector(GC)

입니다.

실무에서도:

• 서버 멈춤 현상
• 메모리 부족
• 응답 지연
• CPU 급등
• OutOfMemoryError

까지 대부분 GC와 연결됩니다.

초보 시절에는 보통:

안 쓰는 객체 지워주는 기능

 

정도로만 이해하기 쉽습니다.

하지만 실제 GC는:

• JVM 성능
• Heap 구조
• 객체 생명주기
• 애플리케이션 응답속도
• 대규모 서버 운영

전체와 깊게 연결되는 매우 복잡한 시스템입니다.

이번 글에서는:

• GC가 왜 필요한가
• GC 동작 원리
• Mark & Sweep
• Minor GC / Full GC
• Stop-The-World
• G1GC / ZGC

까지 JVM 내부 관점으로 깊게 정리해보겠습니다.

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1. GC(Garbage Collector)란?

Garbage Collection 은:

사용하지 않는 객체 메모리를 자동으로 회수하는 시스템

입니다.

즉:

참조 없는 객체 탐색
↓
Heap 메모리 제거

 

수행.

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2. 왜 GC가 필요할까?

C/C++ 같은 언어는:

 

malloc()
free()

 

직접 메모리 해제 필요.

문제:

• 메모리 누수
• 이중 해제
• 잘못된 포인터 접근

발생 가능.

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3. Java는 자동 메모리 관리

Java는:

객체 생성은 개발자
메모리 해제는 GC

 

구조.

즉:

 

new User();

 

까지만 개발자가 하고,

삭제는 JVM이 자동 처리.

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4. GC 대상은 어디인가?

GC는:

Heap 영역

 

만 관리합니다.

즉:

• 객체
• 배열
• String 객체

등 Heap 대상.

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5. Stack은 GC 대상이 아니다

Stack은:

메서드 종료 시 자동 제거

 

됩니다.

즉 GC 불필요.

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6. GC 대상 조건

핵심 기준:

“도달 가능(Reachable)한가?”

 

입니다.

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7. Reachable 객체

예시:

 

User user = new User();

 

현재:

Stack → Heap 객체 참조 존재

 

즉:

Reachable

 

상태.

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8. Unreachable 객체

 

user = null;

 

이제:

참조 없음

 

즉:

GC 대상 가능

 

상태.

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9. GC 핵심 원리

GC는 기본적으로:

사용 중인 객체 찾기
↓
안 쓰는 객체 제거

 

과정 수행.

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10. 가장 기본 알고리즘: Mark & Sweep

GC 핵심 알고리즘.

구조:

1. Mark
2. Sweep

 

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11. Mark 단계

GC Root부터 시작.

예:

• Stack 변수
• static 변수
• JNI 참조

등.

그리고:

참조 가능한 객체 표시(mark)

 

수행.

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12. Sweep 단계

Mark되지 않은 객체:

사용 안 하는 객체

 

판단 후 제거.

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13. 메모리 단편화(Fragmentation)

문제 발생 가능.

예:

[객체][빈칸][객체][빈칸]

 

메모리 조각화.

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14. 그래서 Compact 수행

Compact는:

객체 압축 정렬

 

입니다.

즉:

[객체][객체][빈공간]

 

형태로 정리.

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15. Heap 구조

Java Heap은 보통:

Young Generation
Old Generation

 

으로 나뉩니다.

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16. 왜 세대 분리할까?

Java 객체 특징:

대부분 빨리 죽음

 

입니다.

즉:

• 잠깐 생성
• 금방 GC 대상

객체 매우 많음.

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17. Young Generation

새 객체 대부분 생성되는 영역.

구조:

Eden
Survivor 0
Survivor 1

 

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18. Eden 영역

새 객체 생성 위치.

예:

 

new Object()

 

대부분 Eden 생성.

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19. Minor GC

Eden 꽉 차면:

Minor GC

 

발생.

즉:

• 살아있는 객체만 Survivor 이동
• 죽은 객체 제거

수행.

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20. Survivor 영역

살아남은 객체 임시 저장.

GC 반복 후 오래 살아남으면:

Old Generation 이동

 

합니다.

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21. Old Generation

오래 살아남은 객체 저장.

예:

• Spring Singleton Bean
• Cache 객체
• 장기 유지 데이터

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22. Full GC

Old 영역 부족 시:

Full GC

 

발생.

이건 매우 무겁습니다.

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23. Stop-The-World(STW)

매우 중요합니다.

GC 수행 중 JVM은 보통:

애플리케이션 실행 잠시 중단

 

합니다.

이를:

Stop-The-World

 

라고 함.

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24. 왜 서버가 멈춘 것처럼 보일까?

Full GC 길어지면:

모든 요청 대기

 

가능.

즉:

• API 응답 지연
• 서버 멈춤 현상

발생 가능.

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25. Minor GC는 비교적 빠름

Young 영역은 작고:

대부분 객체 금방 죽음

 

즉 처리 빠름.

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26. Full GC는 위험

Old 영역 객체는:

• 많고
• 크고
• 오래 살아있음

즉:

탐색 비용 큼

 

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27. 그래서 GC 튜닝 중요

실무에서는:

• Heap 크기
• GC 알고리즘
• 객체 생성 패턴

매우 중요.

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28. 대표 GC 종류

GC	특징
Serial GC	단일 스레드
Parallel GC	Throughput 중심
CMS	저지연 시도
G1GC	현대 기본 GC
ZGC	초저지연 GC

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29. G1GC란?

Garbage-First Garbage Collector 는:

Heap을 Region 단위로 관리하는 GC

입니다.

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30. G1GC 특징

장점:

• Pause Time 감소
• 예측 가능한 GC
• 대용량 Heap 대응

현재 Java 기본 GC.

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31. ZGC란?

Z Garbage Collector 는:

초저지연(Low Latency) GC

입니다.

특징:

Stop-The-World 최소화

 

목표.

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32. ZGC 특징

• TB급 Heap 지원
• 매우 짧은 Pause
• 대규모 서버용

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33. GC 로그 중요성

실무에서는 GC 로그 매우 중요.

대표 옵션:

 

-Xlog:gc

 

설명:

옵션	의미
-Xlog:gc	GC 로그 출력

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34. Heap 옵션

대표 옵션:

 

-Xms1g -Xmx4g

 

설명:

옵션	의미
-Xms	초기 Heap
-Xmx	최대 Heap

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35. 왜 객체 생성 최소화가 중요할까?

객체 많아지면:

GC 대상 증가
↓
GC 빈도 증가
↓
성능 저하

 

가능.

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36. StringBuilder가 중요한 이유

 

str += value;

 

반복 시 String 객체 폭증.

즉 GC 부담 증가.

그래서:

 

StringBuilder

 

사용.

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37. 메모리 누수(Memory Leak)

Java도 메모리 누수 가능.

대표 사례:

참조 계속 유지

 

예:

• static Collection
• ThreadLocal
• Cache

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38. OutOfMemoryError 원인

대표 사례:

객체 계속 살아있음
↓
Heap 부족

 

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39. 실무에서 자주 하는 실수

1) GC를 “자동 최적화 시스템”으로 착각

GC도 비용 큼.

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2) 객체 생성 비용 무시

대량 생성 시 GC 과부하 가능.

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3) Full GC 방치

실서비스 장애 원인 가능.

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40. 핵심 흐름 요약

객체 생성
↓
Young Generation 저장
↓
Minor GC
↓
오래 생존 시 Old 이동
↓
Full GC
↓
메모리 회수

 

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41. 가장 중요한 핵심 한 줄

GC는 Heap 메모리를 자동 관리하지만
공짜 성능은 아니다

 

입니다.

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42. 정리

Garbage Collector(GC)는 단순 메모리 삭제 기능이 아닙니다.

실제로는:

• JVM 성능
• Heap 구조
• 객체 생명주기
• 서버 응답속도
• 대규모 시스템 안정성

과 깊게 연결되는 JVM 핵심 시스템입니다.

특히 실무에서는:

• Minor GC / Full GC
• Stop-The-World
• G1GC / ZGC
• 객체 생성 비용
• 메모리 누수

를 정확히 이해하는 것이 매우 중요합니다.

다음 글에서는:

GC 종류와 특징(G1GC, ZGC 등)

을 CMS, Parallel GC, Region 구조, Low Latency GC 전략까지 포함해서 깊게 정리해보겠습니다.