의 진화:멈춤 없는 애플리케이션을 향하여 🚀){kind=link}
우리가 사용하는 스마트폰 앱이나 웹사이트가 갑자기
'툭' 하고 끊기거나 멈추는 현상을 경험해보신 적이
있으신가요?
여러 원인이 있겠지만, 자바(Java) 기반 서비스라면
'가비지 컬렉션(GC)'이 청소를 하느라 잠시 문을 닫았기
때문일 수도 있습니다.
개발자가 직접 메모리를 관리하지 않아도 되는 편리함 뒤에는, 효율적인
청소를 위한 끊임없는 알고리즘의 진화가 있었습니다.
오늘은 청소부의 진화 과정에 빗대어, GC 알고리즘이 어떻게 발전해왔는지
알기 쉽게 정리해 드리겠습니다.
1. GC, 왜 멈춤 현상(Stop-the-World)이 발생할까? 🤔
본격적인 종류를 알아보기에 앞서, GC의 핵심 딜레마인
'Stop-the-World(STW)'를 이해해야 합니다.
쉽게 말해 식당(메모리)을 청소(GC)하는 과정이라고 상상해 보겠습니다.
🧹 식당 청소 비유
-
❌ 손님이 밥을 먹는 도중에 빗자루질을 한다면? 먼지가
날려서 식사를 할 수 없습니다.
-
✅ 그래서 식당은? "잠시 영업 중단합니다"라고 팻말을
걸고 손님을 모두 내보낸 뒤 청소해야 합니다.
-
⏳ 결과: 이 '영업 중단 시간' 동안 사용자는 화면이
멈춘 것처럼 느끼게 됩니다.
결국 GC 알고리즘의 진화 역사는 이
'청소 시간(영업 중단 시간)'을 얼마나 줄이느냐의
싸움이라고 볼 수 있습니다.
2. GC 알고리즘의 4단계 진화 과정 📈
컴퓨터 하드웨어의 발전과 함께 GC 방식도 극적으로 변화했습니다.
초기 모델부터 최신 모델까지 그 차이를 살펴보겠습니다.
① Serial GC: 혼자서 청소하는 직원
가장 오래되고 단순한 방식입니다.
청소 직원(스레드)이 단 한 명뿐입니다.
식당이 작을 때는 문제가 없지만, 식당이 커지면 혼자서 청소하는 데 시간이
너무 오래 걸립니다.
지금은 거의 사용되지 않거나, 메모리가 매우 작은 환경에서만 쓰입니다.
- 장점: 구조가 단순하고 가볍습니다.
-
단점: 청소하는 동안 멈춤 시간(STW)이 매우 깁니다.
② Parallel GC: 청소 업체의 등장
Java 8의 기본 GC이자, Serial GC의 한계를 극복하기 위해 나왔습니다.
이제 청소 직원이 여러 명(멀티 스레드) 투입됩니다.
혼자 할 때보다 청소가 훨씬 빨리 끝나므로, 영업 중단 시간이 줄어듭니다.
.png "A timeline infographic showing the evolution of Java Garbage Collection algorithms from Serial to ZGC.")
③ G1GC (Garbage First): 구역별 부분 청소
Java 9부터 기본이 된 획기적인 방식입니다.
이전에는 식당 전체를 한 번에 청소했다면, G1GC는 식당을
잘게 구역(Region)으로 나눕니다.
그리고 쓰레기가 많이 쌓인 구역만
'우선적으로' 청소합니다.
전체를 다 뒤집어엎지 않아도 되므로 반응 속도가 훨씬 빨라집니다.
④ ZGC: 영업 중에 몰래 청소하기
대용량 메모리를 위한 최신 기술(Java 15+ 정식 도입)입니다.
ZGC의 목표는
'어떤 크기의 식당이든 청소 시간을 10ms(0.01초) 이하로 줄이는
것'입니다.
영업을 중단하지 않고, 손님이 밥을 먹는 도중에 아주 교묘하고 빠르게
쓰레기를 치웁니다.
사용자는 청소를 하는지조차 느끼지 못할 정도로 쾌적합니다.
3. 한눈에 보는 GC 알고리즘 비교 📊
각 알고리즘의 특징을 표로 정리하면 다음과 같습니다.
최근 시스템일수록 하단에 위치한 알고리즘을 선호합니다.
| 알고리즘 | 청소 방식(스레드) | 주요 특징 | 추천 환경 |
|---|---|---|---|
| Serial GC | 단일(1명) | 가볍지만 멈춤이 긺 | 소형 임베디드 기기 |
| Parallel GC | 멀티(여러 명) | 데이터 처리량 중심 | Java 8 기본, 배치 작업 |
| G1GC | 멀티 + 구역별 | 균형 잡힌 성능 | 대부분의 웹 서버(Java 9+) |
| ZGC | 동시성 극대화 | 초저지연(10ms 이하) | 대용량 메모리, 고성능 서버 |
.png "A bar chart comparing the latency differences between traditional GC and ZGC, highlighting ZGC's performance.")
4. 마치며: 무엇을 선택해야 할까요?
사실
GC를 직접 튜닝할 일은 많지 않습니다.
하지만 내가 만든 서비스가 왜 가끔 느려지는지 이해하는 것은 중요합니다.
대부분의 최신 웹 서비스는 G1GC로 충분히 훌륭한 성능을
내며, 더 많은 메모리와 극강의 반응 속도가 필요하다면
ZGC가 미래의 정답이 될 것입니다.
💡 오늘의 핵심 요약
- Serial/Parallel: 옛날 방식, 식당 전체를 닫고 청소함.
- G1GC: 더러운 구역만 골라서 청소, 현재의 표준.
- ZGC: 영업하면서 몰래 청소, 멈춤 없는 미래 기술.
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