가비지 컬렉션(GC)이란..?

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가비지 컬렉션(GC)이란..?

hyeijoo1234 2025. 4. 21. 09:44

금요일의 학습주제인 가비지 컬렉션(Garbage Collection)에 대해서 학습해보았다. 그냥 JVM이 알아서 메모리 관리해준다~ 이 정도로만 알고 있었는데, 정확히 언제 객체가 제거되는지, 어떻게 동작하는지 궁금해서 좀 더 찾아봤다.

추가적으로 가비지 컬렉션이랑 가비지 컬렉터..? 차이점이 무엇일까 먼저 알아보았다.

가비지 컬렉션(Garbage Collection) vs 가비지 컬렉터(Garbage Collector)

이 두 용어는 비슷하게 들리지만, 의미가 다름.

용어 의미

가비지 컬렉션 (Garbage Collection)	더 이상 사용하지 않는 객체를 메모리에서 제거하는 행위 또는 과정 자체
가비지 컬렉터 (Garbage Collector)	그 행위를 실제로 수행하는 JVM 내부의 기능 또는 모듈(=청소부 역할)

즉, 비유하자면:

가비지 컬렉션은 "청소하는 작업"
가비지 컬렉터는 "청소하는 사람"이라고 생각하면 됨

자바에서는 GC(Garbage Collection)를 자동으로 해주는데, 이걸 실제로 실행하는 주체가 바로 Garbage Collector다.
JVM마다 다른 GC 알고리즘(G1, ZGC, Serial GC, Parallel GC 등)을 선택할 수 있고, 이건 어떤 가비지 컬렉터를 쓰느냐에 따라 달라진다.

가비지 컬렉션이란?

가비지 컬렉션은 자바에서 더 이상 사용하지 않는 객체를 자동으로 메모리에서 정리해주는 기능이다. 자바에서는 객체를 new로 만들면 힙(heap) 메모리에 올라가는데, 이걸 우리가 직접 지우지 않아도 JVM이 주기적으로 확인해서 제거해준다.

C 언어나 C++처럼 수동으로 메모리를 해제하지 않아도 되는 게 큰 장점인데, 이 덕분에 **메모리 누수(memory leak)**를 어느 정도 방지할 수 있고, 개발자가 로직에만 집중할 수 있다.

그럼 언제 객체가 GC 대상이 될까?

객체가 어떤 변수에서도 더 이상 참조되지 않을 때 GC 대상이 된다. 예를 들어 아래처럼:

public class GarbageTest {
    public static void main(String[] args) {
        String a = new String("hello");
        String b = new String("world");

        a = b;  // 이제 "hello"는 아무도 안 쓰는 상태 → GC 대상
    }
}

위 코드에서 a = b가 실행되면 "hello" 객체는 아무도 참조하지 않게 되니까, 이 시점부터 GC 대상이 된다.

예제 코드로 확인해보기

public class MyObject {
    int[] bigArray = new int[1000000];  // 메모리 많이 차지

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println("객체가 가비지 컬렉션됨");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject obj = new MyObject();
        obj = null;  // 참조 끊김

        System.gc();  // GC 요청 (실제로 실행된다는 보장은 없음)

        try {
            Thread.sleep(1000);  // finalize 출력 기다리기
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

System.gc()는 JVM에게 가비지 컬렉션을 "요청"하는 거지 강제로 실행시키는 게 아니고, 실제로 언제 실행될지는 JVM이 판단한다.

왜 가비지컬렉션이 필요한가?

프로그래밍할 때 메모리는 한정돼 있기 때문에, 더 이상 쓰지 않는 객체를 계속 쌓아두면 메모리 부족(OOM: Out Of Memory) 오류가 날 수밖에 없다.
C 같은 언어에서는 이런 걸 개발자가 수동으로 관리해야 해서, 실수하면 메모리 누수가 생기거나, 이미 해제된 메모리를 참조하는 버그가 발생할 수 있다.

자바는 GC 덕분에 이런 실수를 줄일 수 있고, 시스템 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
다만 GC가 돌아가는 타이밍은 개발자가 제어할 수 없고, 실행 중에 잠깐 프로그램을 멈추는 경우도 있어서, 퍼포먼스가 중요한 서비스에서는 GC 튜닝이 꽤 중요하다고 한다.

GC는 어떻게 작동할까?

자바에서 기본적으로 사용하는 방식은 Mark and Sweep (마크 앤 스윕) 방식이다.

Mark 단계에서는 루트에서 참조 가능한 객체들을 따라가면서 표시하고
Sweep 단계에서는 표시되지 않은 객체들을 메모리에서 제거한다

이 과정을 통해 불필요한 객체들을 자동으로 정리하게 된다.

쉽게 말하자면 시험결과정리 단계에서

Mark단계는 시험에서 합격자들을 따로 표시해두고

Sweep단계는 합격자들을 추출하고 불합격자들의 명단을 제거해버리는 단계인것이다.

힙 영역은 어떻게 나뉘어 있을까?

이 부분은 처음에 몰랐는데, GC가 메모리를 효율적으로 관리하기 위해 세대(Generation) 단위로 힙 영역을 나눠서 관리한다고 한다. 찾아보니까 자바는 아래처럼 나뉘어 있음:

1. Young Generation (영 제너레이션)

새로 생성된 객체들이 들어가는 공간
대부분 금방 사라지기 때문에 GC가 자주 일어남
여기서 일어나는 GC는 Minor GC

2. Old Generation (올드 제너레이션)

Young에서 살아남은 객체들이 이동됨
오래 살아남는 객체들이 많기 때문에 GC가 느리고 무겁다
여기서 일어나는 GC는 Major GC 또는 Full GC

3. Metaspace (메타스페이스)

클래스 정보 같은 메타데이터가 저장되는 공간
예전에는 PermGen이었는데, 자바 8부터는 Metaspace로 바뀌어서 힙이 아닌 네이티브 메모리를 사용함

Minor GC vs Major GC 정리

항목 Minor GC Major (Full) GC

대상	Young Generation	Old + Young
속도	빠름	느림
발생 빈도	자주	드물게
프로그램 정지	짧음	길 수 있음 (Stop-the-world 현상)

그래서 실제로 어플리케이션 성능 튜닝할 때는, Minor GC는 좀 자주 일어나도 괜찮은데, Major GC가 자주 발생하면 앱이 멈추는 시간이 커져서 문제된다고 한다.

<결론>

GC 덕분에 자바는 메모리 관리를 자동으로 해줘서 개발자가 따로 신경 쓸 일이 줄어든다.
하지만 실제 서비스 환경에서는 GC의 동작 방식, 어떤 알고리즘을 쓰는지, 어떤 GC가 더 적절한지 등을 알아두는 게 꽤 중요할 것 같다.

GC는 편한 기능이지만, 그만큼 성능에 미치는 영향도 있어서 앞으로 JVM 튜닝 같은 것도 조금씩 공부해봐야겠다.