add: types of GC (#14)

ch06/남궁민.md

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+marp: true
+paginate: true
+backgroundColor: #fff
+backgroundImage: url('https://marp.app/assets/hero-background.jpg')
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+## Serial GC
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+- 가장 단순한 GC 구현체
+- 싱글 스레드로 수행
+- mark-sweep-compact 알고리즘 사용
+- **전체 애플리케이션에 STW 발생**
+  - 서버 환경과 같은 멀티 스레드에서는 부적합
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+```bash
+java -XX:+UseSerialGC
+```
+
+---
+
+![serial-gc](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/74e91d2a-0edc-4669-8347-aa3ca1fcd465)
+
+---
+
+## Parallel GC
+
+- Java 5 ~ 8 까지의 디폴트 GC
+- Throughput Collector 라고도 불림
+  - GC 처리율 최대화
+- **힙 공간을 관리하기 위해 멀티 스레드 사용**
+- 메모리가 충분하고 코어 개수가 많을 때 유리
+- 하지만 역시나 GC 수행 시 전체 애플리케이션에 대한 STW 발생
+  - 애플리케이션을 모두 중단시킨 다음 가용 CPU 코어를 총동원해 가능한 한 빨리 메모리를 수집
+
+---
+
+- GC에 사용할 최대 스레드 수, 중단 시간, 처리량, 힙 사이즈를 지정할 수 있음
+  - 최대 스레드 수: `-XX:ParallelGCThreads=<N>`
+  - 최대 중단 시간: `-XX:MaxGCPauseMillis=<N>`
+    - 설정값 이하로 pause time 유지하라는 설정
+  - 애플리케이션 수행시간 대비 전체 GC 수행시간 비율: `-XX:GCTimeRatio=<N>`
+    - 기본값 99 (1%의 GC 시간 비율)
+
+```bash
+java -XX:+UseParallelGC
+```
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+---
+
+## Parallel Old GC
+
+- Parallel GC에서 Old 영역의 GC 알고리즘만 다름
+- Old 영역까지도 멀티 스레드로 GC 수행
+- Old 영역에 대해 *Mark-Summary-Compact* 알고리즘 사용
+  - Mark 단계: Old 영역을 리전별로 나누고, 리전별로 자주 참조되는 객체를 마킹
+  - Summary 단계: 살아남은 객체들의 밀도가 높은 부분이 어디인지 dense prefix를 정하고, 이를 기준으로 compact 영역을 줄임
+  - Compact 단계: compact 영역을 destination과 source로 나누고, 살아남은 객체를 destination으로 이동, 참조되지 않은 객체는 제거
+
+```bash
+java -XX:+UseParallelOldGC
+```
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+---
+
+## CMS GC
+
+*Concurrent Mark Sweep*
+
+![cms-gc](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/ae758bfe-404e-4b03-ba4a-f5a0cf2384f5)
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+---
+
+- Initial Mark 단계: 클래스로더에서 가장 가까운 객체 중 살아있는 객체만 찾고 끝
+- Concurrent Mark 단계: 살아있다고 확인한 객체들을 루트로 하여 참조되는 객체들을 마킹
+  - 다른 스레드가 실행 중인 상태에서 동시에 실행됨
+- Remark 단계: Concurrent Mark 단계에서 새로 추가되거나 참조가 끊긴 객체들을 마킹
+- Concurrent Sweep 단계: 마킹되지 않은 객체들을 제거
+  - 다른 스레드가 실행 중인 상태에서 동시에 실행됨
+- STW 시간이 매우 짧음
+  - 응답 속도가 중요할 때 사용되며, Low Latency GC 라고도 불림
+- 단점
+  - CPU와 메모리 사용량이 많음
+  - compaction 단계가 없어서 메모리 단편화가 발생할 수 있음
+    - 조각난 메모리가 많아 compaction 작업을 할 경우 STW 시간이 훨씬 더 길어짐
+
+---
+
+## G1 GC
+
+*Garbage First*
+
+![g1-gc](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/f3893306-45de-4b70-912b-12bd2e5e47ba)
+
+---
+
+- Java 9부터 디폴트 GC
+- 지금까지의 GC와는 완전히 다른 방식
+- 메모리 공간이 넉넉한 멀티 프로세서 환경에서 사용
+- 힙 메모리를 동일 사이즈를 가진 리전이라는 영역들로 나눠서 메모리를 관리
+  - 각 리전은 논리적으로 구분됨 (Eden, Survivor, Old, Humongous, Available/Unused)
+  - Humongous: 리전 크기의 50%를 초과하는 큰 객체를 저장하기 위한 영역
+  - Available/Unused: 아직 사용되지 않은 영역
+- GC 수행 단계
+  - 글로벌 마킹 단계: 리전별 객체 활성도 판단
+  - 스윕 단계: 거의 비어있는 리전부터 우선적으로 가비지를 수집해서 상당한 여유 공간을 확보
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+---
+
+### Minor GC
+
+- Eden 영역이 꽉 차면 수행
+- Eden 영역의 살아남은 객체들을 Survivor 영역으로 이동
+- 비어있게 된 Eden 영역을 Available/Unused 영역으로 지정
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+---
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+### Major GC
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+![g1-gc-process](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/a9af8b42-4f0b-4b38-bb7d-06e850f6cf2e)
+
+- Initial Mark 단계: Old 리전의 객체들이 참조하는 Survivor 영역의 객체들을 마킹 (STW)
+- Root Region Scan 단계: 위 단계에서 찾은 Survivor 객체들에 대한 스캔 작업
+- Concurrent Mark 단계: 전체 힙에 대한 스캔 작업 실시 → 가비지가 없는 리전들은 다음 단계에서 제외
+- Remark 단계: 최종적으로 GC 대상에서 제외할 객체 식별 (STW)
+- Cleanup 단계: 살아있는 객체가 가장 적은 리전에 대한 미사용 객체 제거 작업 (STW)
+- Copy 단계: Cleanup 후에도 완전히 비어지지 않은 살아있는 객체들을 새로운 리전에 옮김으로써 compaction 작업 수행 (STW)
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+---
+
+```bash
+java -XX:+UseG1GC
+```
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+---
+
+## Z GC
+
+*Scalable Low Latency GC*
+
+---
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+![zgc-concept-1](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/a26abb49-e049-4240-a634-29ec9fde7635)
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+---
+
+- Java 11 때 실험 버전으로 등장, 이후 Java 15부터 정식 버전 출시
+- **STW 시간을 10ms 이하로!**
+  - 저지연을 요구하는 동시성 고비용 작업에 적합
+- 8MB ~ 16TB 크기의 힙 처리 가능
+- G1 GC와 마찬가지로 힙을 영역별로 나누어 관리하지만, 각 영역의 크기는 다름
+  - region 대신 **ZPage**라는 논리적 단위로 구분
+  - small(2 MB), medium(32 MB), large(N * 2 MB) 3가지 타입을 가짐
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+---
+
+### Colored pointers
+
+![colored-pointers](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/7a620525-8a40-4499-a548-ca0b8f80bca4)
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+---
+
+- 객체를 가리키는 변수의 포인터에서 64bit 메모리를 활용해서 객체 상태값을 저장
+  - 이를 위해 64bit 운영체제에서만 사용 가능
+- 42bit는 객체의 주소값으로 활용
+- 4bit는 객체의 상태값을 표현
+  - Finalizable: finalizer를 통해서만 접근 가능한 객체 (가비지)
+  - Remapped: 객체의 재배치 여부를 표시
+  - Marked 1 / 0: 접근 가능한 객체를 표시
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+---
+
+### Load barriers
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+![zgc-concept-7](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/e7d92b3d-e6db-4a4e-95b5-65031ae2c178)
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+- 객체를 참조할 때 실행되는 코드
+- G1 GC와 다르게 메모리 재배치 과정에서 STW가 발생하지 않게 해줌
+- RemapMark와 RellocationSet을 확인하면서 참조와 mark를 업데이트
+- GC 수행 단계
+  - `Pause` Mark Start 단계: ZGC의 루트에서 가리키는 객체 Mark 표시 (Live Object)
+  - Concurrent Mark/Remap 단계: 객체의 참조를 탐색하며 모든 객체에 Mark 표시
+  - `Pause` Mark End 단계: 새로 들어온 객체들에 대한 Mark 표시
+  - Concurrent Pereare for Relocate 단계: 재배치할 영역을 찾아서 RelocationSet에 배치
+  - `Pause` Relocate Start 단계: 모든 루트 참조의 재배치를 진행하고 업데이트
+  - Concurrent Relocate 단계: Load barriers를 사용해서 모든 객체를 재배치하고 참조를 수정
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+![zgc-performance](https://github.com/nmin11/TIL/assets/75058239/6ac87a0a-82fc-499c-962e-f3aa88f4c218)
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+
+```bash
+java -XX:+UseZGC
+```
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+⚠️ Java 15 이전 버전에서는 `-XX:+UnlockExperimentalVMOptions` 옵션을 추가해야 함
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+❖ References
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+- https://d2.naver.com/helloworld/1329
+- https://www.baeldung.com/jvm-garbage-collectors
+- https://velog.io/@guswlsapdlf/Java-GC-%EC%95%8C%EA%B3%A0%EB%A6%AC%EC%A6%98
+- https://huisam.tistory.com/entry/jvmgc
+- https://renuevo.github.io/java/garbage-collection/
+- https://www.baeldung.com/jvm-zgc-garbage-collector
+- https://d2.naver.com/helloworld/0128759