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유용한 JVM 플래그들 – Part 4 (힙 튜닝)

이상적으로, 자바 애플리케이션은 아무런 플래그를 지정하지 않은채 기본 JVM 세팅만으로도 잘 동작한다. 하지만 운이 나쁘게도 성능적인 문제에 직면했을때, 관련 JVM 플래그에 대한 지식들은 훌륭한 안내서가 된다. 이번시간에는 메모리 관리 영역에 대한 몇몇 JVM 플래그들을 살펴볼 것이다. 이러한 플래그들에 대해서 알고 있는 것과 이해하는 것은 개발자나 운영자로서의 높은 가치를 증명한다.

모든 설치된 HotSpot 메모리 관리와 가비지 컬렉션 알고리즘은 힙(Heap)의 동일한 기본 분할에 기초한다: “young generation” 은 새롭게 메모리가 할당된 것과 짧은 삶을 사는 객체를 가진다. 반면에 “old generation” 은 특정연령 이상 수명이 긴 객체를 포함한다. 그 외에, “permanent generation” 전체 JVM 라이프사이클을 통해서 살아가야할 객체를 포함하는데 예를들면 로드 된 클래스의 객체 표현이나 문자열 인터 캐쉬등이다. 다음시간부터 우리는 힙이 permanent, old, young generation 들이 전통적인 전략에 따라 분할되어 있다고 가정할 것이다. 그러나, 다른 전략들도 유망하다, 한가지 눈에 뛰는 새로운 G1 가비지 컬랙터의 존재는 young 과 old generation 사이의 구분을 흐리게 한다. 또,  HotSpot JVM 의 미래버전일 수 있는 현재 개발버전에서는 더 이상 old 와 permanent generation들을 구분하지 않을 것이다.

-Xms and -Xmx (or: -XX:InitialHeapSize and -XX:MaxHeapSize)

아주 유명한 JVM 플래그들로 최대 JVM 힙 크기와 초기 JVM 힙 크기를 각각 지정할 수 있도록 해주는 -Xms 와 -Xmx가 있다. 양쪽 모두 기본적으로 bytes 용량단위의 값을 가지지만 짧은 용량 표기법을 지원하는데 “kilo”는 “k”나 “K”, “mega”는 “m”나 “M” 그리고 “giga”는 “g”나 “G”로 표기할 수 있다. 예를들어, 다음의 커맨드 라인은 초기 힙 크기를 128 megabytes 와 최대 힙 크기를 2 gigabytes 로 세팅하고 “MyApp” 자바 클래스를 시작한다.

실제로, the initial heap size turns out to also be a lower bound for the heap size,i.e., 최소 힙 크기(minimum heap size). JVM이 런타임에 동적으로 힙의 크기를 조정할 수 있으며, 따라서 이론적으로 우리는 힙의 크기가 초기 힙 크기 아래로 떨어지는 것을 관찰할 수 있는 것은 사실이지만, 나는 실험적으로 아주 낮은 힙을 사용할때조차도 이러한 것을(이론상으로 가능한 것) 목격한 적은 없다. 이러한 행동은 개발자와 운영자에게 편리한데, 단순하게 -Xms 와 -Xmx 를 같은 값으로 세팅함으로써 정적 힙 크기를 지정할 수 있도록 해주기 때문이다.

-Xms 와 -Xmx 가 짧은 약어이며 이것은 내부적으로 -XX:InitialHeapSize 와 -XX:MaxHeapSize 로 매핑된다. 이러한 두개의 XX 플래그들은 같은 효과을 주기위해서 직접 사용할 수 있다.

주목할 것은 초기 및 최대 힙 크기에 관한 모든 JVM 출력이 독점적으로 긴 이름을 사용한다. 따라서 동작중인 JVM 의 힙 크기에 대한 정보를 찾을때에는, -XX:+PrintCommandLineFlags 의 출력으로 체킹을 하거나 JMX를 통해 JVM 에 질의를한다거나, 우리는 “Xms” 나 “Xmx” 가 아닌 “InitialHeapSize” 나 “MaxHeapSize”를 찾아야 한다.

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError and -XX:HeapDumpPath

만약 우리가 -Xmx 세팅을 적절한 값으로 하지 않을 경우에, JVM을 다룰 때 우리가 직면 할 수있는 가장 무서운 짐승의 하나인 OutOfMemoryError 와 마주칠 위험을 동반한채 JVM이 동작한다. 이 주제에대해 이 블로그에서 상세하게 다루었듯이, OutOfMemoryError의 근본원인을 신중하게 다룰 필요가 있다. 종종, 특별히 만약 JVM 이미 크래쉬(Crash) 되었고 애플리케이션이 몇 시간 또는 며칠 동안 부드럽게 실행 후에 오류가 프로덕트 시스템에만(Product system. 역) 실제 서비스를 하고 있는 시스템을 말한다) 나타나는 않았다면 깊이 있는 분석에 대한 좋은 방법은 힙 덤프(Heap Dump)이다. – 만약 사용할 수 없다면 최악이다

운좋게도, -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 플래그를 세팅함으로써 OutOfMemoryError 발생했을때에 자동적으로 힙 점프를 생성하도록 JVM에 지시할 수 있다. 단지 그러한 경우에 대한 플래그를 세팅함으로써 예기치못한 OutOfMemoryError 에 직면했을때에 많은 시간을 절약할 수 있다. 기본적으로, 힙 덤프는 JVM이 시작된 디렉토리에 java_pid<pid>.hprof(여기서 <pid>는 JVM 프로세스의 프로세스 ID이다) 파일에 저장된다. 이 기본값을 변경하기 위해서, 우리는 -XX:HeapDumpPath=<path> 플래그를 사용해 다른 위치를 지정할 수 있으며, <path> 는 힙 덤프를 저장할 파일에대해 상대적이거나 절대적인 경로가 될 수 있다.

아주 멋진 말인데, 우리가 명심해야할 게 있다. 힙 덤프는 특히나 OutOfMemoryError 가 발행했을때에 아주 큰걸 얻을 수 있다. 따라서 디스크 사용이 아주 넉넉한 위치를 지정하기 위해 -XX:HeapDumpPath 를 사용할 것을 권장한다.

-XX:OnOutOfMemoryError

우리는 OutOfMemoryError 가 발생했을때 임의 명령행을, e.g., 관리자에게 메일을 보낸다든가 어떤 클린업(Cleanup) 작업을 실행시키다든가하는, 실행시킬 수도 있다. 이것은 명령어들의 리스트와 그들의 파라메터들을 가지는 -XX:OnOutOfMemoryError 플래그로 인해서 가능하다. 우리는 이것에 대해 자세히 나가진 않고 설정예제를 보여주겠다. 다음 명령어 라인 상태에서 OutOfMemoryError 가 발생하면 우리는 /tmp/heapdump.hprof 파일에 힙 덤프를 작성하고 동작중인 JVM 의 사용자 홈 디렉토리에 쉘 스크립트 cleanup.sh 가 실행된다.

-XX:PermSize and -XX:MaxPermSize

Permanent 세대는 JVM에 의해서 로드되는 모든 클래스의 객체표현을 포함하는 것으로 힙 영역과 분리된다. 많은 클래스들을(e.g., because they depend on lots of third-party libraries, which in turn depend on and load classes from even more libraries) 로드하는 애플리케이션을 성공적으로 동작시키기 위해서는 아마도 permanent 크기를 증가시킬 필요가 있을 것이다. 이것은 -XX:PermSize 와 -XX:MaxPermSize 플래그를 사용해 가능하다. 여기서 -XX:MaxPermSize 는 permanent 세대의 최대 크기를 지정하는 것이고 반면에 -XX:PermSize 는 JVM 시작시에 초기화할 크기이다. 예를들어,

주의할 것은 permanent 세대 크기는 -XX:MaxHeapSize 로 지정되어지는 힙 크기의 일부로 계산되지 않는다. -XX:MaxPermSize 의해서 정한 permanent 세대 메모리의 양은 -XX:MaxHeapSize 에의해서 정해진 힙 메모리에 더해서 필요하게 되어질 수 있다.

-XX:InitialCodeCacheSize and -XX:ReservedCodeCacheSize

자주 JVM 메모리 영역에서 무시되어지는 재미있는 영역은 “코드 캐쉬(code cache)” 인데, 이것은 컴파일된 메소드의 네이티브 코드 생성을 저장하는 데 사용된다. 코드 캐쉬는 거의 성능문제를 발생시키지 않지만, 한번 코드 캐쉬 문제가 생기면 그 효과는 어마어마할 것이다. 만약 코드 캐쉬 메모리를 모두 사용하게 되면, JVM 은 경고 메시지를 출력하고 “interpreted-only mode” 로 전환한다. JIT 컴파일러는 정지되고 더이상 바이트코드(bytecode)는 네이티브 코드로 컴파일 될지 않을 것이다. 따라서 애클리케이션이 동작은 계속되지만 크기의 순서에따라 점점 느려진다.

다른 메모리 영역과 같이 우리는 코드 캐쉬 크기를 정할 수 있다. 관련 플래그로 -XX:InitialCodeCacheSize 과 -XX:ReservedCodeCacheSize이 있고 위에서 소개한 플래그들처럼 byte 용량 값을 가진다.

-XX:+UseCodeCacheFlushing

만약 코드 캐쉬가 지속적으로 증가한다면, 예를들어 hot deployment 로 인해서 발생된 메모리 릭으로 인해서, 코드 캐쉬를 늘리는 것은 단지 필연적으로 발생될 오버플로우(OverFlow)를 지연시킬 뿐이다. 오버플로우를 비하기 위해, 코드 캐쉬 메모리가 가득찼을때에 JVM이 몇몇 컴파일된 코드를 정리하도록 시키기위해 우리는 재미있고 비교적 새로운 옵션을 시도할 수 있다. 우리는 -XX:+UseCodeCacheFlushing 플래그를 지정하면 된다. 이 플래그를 사용함으로 인해서 우리는 적어도 코드 캐쉬 문제에 직면했을때에 “interpreted-only mode” 전환되는 것을 적어도 피할 수 있다. 그러나 나는 여전히 코드 캐쉬 문제가 발생되면 가능한 빨리 근본 원인을 차단하길 권장한다. 예를들어, 메모리 릭을 규명하고 그것을 고치는 방법.

Creative Commons License
비공개: 유용한 JVM 플래그들 &#8211; Part 4 (힙 튜닝) by Voyager of Linux is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

유용한 JVM 플래그 – Part 2 (플래그 카테고리들과 JIT 컴파일러 진단들)

두번째 시간으로, HotSpot JVM에서 제공하는 플래그의 다른 카테고리들을 소개한다. 또한, 나는 JIT 컴파일러 진단(diagnostics)와 연관된 몇가지 흥미로운 플래그들에 대해서 이야기할 것이다.

JVM 플래그 카테고리들

HotSpot JVM은 세개의 플래그 카테고리들을 제공한다. 첫번째 카테고리는 표준 플래그(stand flag)들을 포함한다. 이름에서도 알수 있듯이, 기능적인부분과 표준 플래그들의 출력 모두 안정적이며 미래에 릴리즈 되는 JVM에서 잘 바뀌지 않을 것이다. java 실행시에 아무런 파라메터를 주지않으면 모든 표준 플래그 리스트들을 얻을 수 있다.(혹은 표준 출력이 있는 -help 파라메터를 사용하거나) 우리는 첫번째 시간에 몇몇 표준 플래그들을 이미 봤었다. 예를들어 -server.

두번째 카테고리는 비표준 플래그들의 행동이거나 X 플래그들로, 앞으로 릴리즈에서 바뀔 가능성이 있다. 이 카테고리의 모든 플래그들은 “-X” 로 시작되고 java -X 를 통해 리스트를 볼 수 있다. 주의할 것은 이 리스트는 완벽하게 존재하는지 보증하지 않는다. -Xcomp 가 대표적으로 누락된 플래그다.

세번째 카테고리는(가장 큰) XX 플래그들로 구성되는데, 이 또한 비표준이고 오래전부터 리스트조차 된적이 없다. (현재 이것은 바뀌었고, 우리는 이 시리즈의 세번째 시간에 이 토픽에 대해서 돌아 볼 것이다.) 그러나 실용적으로 X 플래그들과 XX 플래그들은 실제로 차이가 없다. XX 플래그들이 실험적인 반면에 X 플래그들의 행동은 XX 플래그들에 비해 아주 안정적이다. (디버깅이나 JVM 구현 자체의 튜닝을 위해서 JVM 개발자들에 의해서 주요하게 사용된다.) 비표준 플래그들에 대해서 부주의하게 사용되어서는 안될 XX 플래그들에 대해 명확하게 어떤 상태를 가지는지 HotSpot JVM 문서를 읽어 볼만 하다. 이것은 중요한 것으로, 이것은 내가 봤을때 X 플래그들에 대해서도 동일하게 적용된다. (물론 몇몇 표준 플래그들에도 적용된다.) 카테고리와 상관없이 이것을 사용하기 전에 플래그가 의도하는 행동과 가능한 사이드 이펙트(side effects)를 이해하기 위해서 노력해야 한다.

XX 플래그 문법(syntax)에 대해 한마디. 모든 XX 플래그들은 “-XX” 로 시작하지만 문법이 의존하는 플래그 타입이 다르다.

  • 불린 플래그(boolean flag)에서, “+“나 ”-” 둘다 가지며 플래그를 지정하기 위해서 JVM 옵션의 실제 이름만 가진다. 예를들어, -XX:+<name> 은 옵션 <name> 을 활성화하고 -XX:-<name> 은 이 옵션을 비활성화 한다.
  • 텍스트 문자열처럼 불린(boolean)이 아닌 값을 가지거나 정수를 가지는 플래그들에서, “=” 에 따라오는 플래그 이름을 가지고 값을 지정한다. 예를들어, -XX:<name>=<value> 는 옵션 <name> 에 값 <value>을 지정한다.

이제 JIT 컴파일 구역에 속하는 몇몇 XX 플래그들을 살펴보도록 하자.

-XX:+PrintCompilation and -XX:+CITime

이것은 자바 애플리케이션이 동작하는 중에 JIT compiler 작업을 상세히 보여준다. -XX:+PrintCompilation 플래그를 세팅함으로써 우리는 바이트코드가 네이티브 코드 컴파일과 연관된 몇몇 간단하고 단순한 출력을 활성화 할 수 있다. Server VM 동작에 대해 아주 짧은 출력 예제를 살펴보자.

메소드가 컴파일 되어질때 마다, 하나의 라인(line)은 -XX:+PrintCompilation 의 출력을 찍는다. 각 라인은 동작숫자(running number, 유일한 compiler task ID) 와 이름 그리고 컴파일된 메소드의 크기로 구성된다. 따라서 라인 1 은 String::hashCode 메소드를 컴파일한 네이티브 코드를 나타낸다. 메소드 타입과 컴파일러 태스크 유형에 따라, 추가적인 출력 특징들이 찍힌다. 예를들어, 네이티브 랩퍼 메소드의 생성은, 위 예제에 System::arraycopy 처럼, “n”으로 표시된다. 주의할 것은 어떤 라인은 동작숫자와 메소드 크기를 가지지 않는데, 실제로 아무것도 네이티브 코드로 컴파일 되지 않았기 때문이다. 또 11 ~ 15 라인에 StringBuilder::append 에 대한 출력을 보면, 재컴파일된(recompiled) 메소드들을 보는것이 가능하다. 출력은 총 29라인에서 멈추었는데, 자바 애플리케이션이 동작하는 동안에 총 29개의 메소드를 컴파일 했다는 것을 의미한다.

-XX:+PrintCompilation 에 대한 공식적인 문서는 없지만, 여기 내용은 이 플래그 출력에 대한 훌륭한 자원중에 하나다. 나는 이것에 대해서 좀더 공부하기를 강력하게 권유한다.

JIT 컴파일러 출력은 클라이언트 VM 과 서버 VM 사이에 몇몇 다른점을 이해하는데 도움을 준다. 서버 VM에서, 예제 애플리케이션은 29 라인 컴파일 출력을 만들었지만 클라이언 VM 사용 결과 55 라인 컴파일 출력을 만들었다. 이것은 서버 VM이 클라이언트 VM 보다 좀 더 컴파일을 하기로 되어 있었기 때문에 이상하게 여기진다.(역, 서버 VM이 컴파일을 좀 더하기 때문에 출력 라인수가 클라이언트 VM보다 많아야 할거라 추측하지만 그러지 않았다.) 그러나, 각각 주어진 기본 세팅 측면에서, 서버 VM은 메소드가 hotspot 인지 아닌지와 전체 컴파일되채 존재할 필요가 있는지 없는지를 결정하기 전에 클라이언 VM 보다 아주 오랫동안 메소드를 관찰한다. 따라서, 그것은 놀랄일이 아니다, 서버 VM에서, 몇몇 잠재적인 메소드 컴파일은 최종 단계에서만 일어난다.

추가적으로 -XX:+CITime 플래그 세팅에 의해서 우리는 JVM 셧다운시에 출력되어질 수 있는 컴파일에 대한 다양한 통계정보를 요청할 수 있다. 통계정보의 특정한 한 부분을 살펴보자.

(29 컴파일러 태스크를 위해) 총 0.178 초를 소비했다. 물론, “on stack replacement” 를 가지는 0.049초는 스택에서 현재 메소드의 컴파일 시간이다. 이 기술은 성능 기준에 맞는 유형을 구현하기위해서 단순하지 않지만 실제로 아주 중요하다. “on stack replacement” 없이 오랜 실행 시간을 가지는 메소드들은 그들의 컴파일된 카운터파트(counterpart, 짝 혹은 또 다른 부분 )로 즉각 교체되어질 수 없다.

다시말하면, 클라이언트 VM 와 서버 VM 과 비교는 흥미롭다. 클라이언트 VM에 해당하는 통계는 비록 55개 메소드를 컴파일했다는 것을 나타냈지만 이들을 컴파일하는데 총 0.021초만 소비했다. 따라서, 서버 VM 은 클라이언트 VM보다 적게 컴파일을 했지만 시간은 더 많이 소비했다. 이러한 행동의 이유는 서버 VM은 네이티브 코드를 생성할때에 좀 더 최적화를 수행하기 때문이다.

첫째 시간에 우리는 -Xint 와 -Xcomp 플래그에 대해서 배웠다. -XX:+PrintCompilation 과 -XX:+CITime 와함께 이제 우리는 두 가지 경우에(역, 서버 VM 과 클라이언트 VM) 대한 JIT 컴파일러가 행동을 어떻게 하는지에 대한 좀 더 깊게 알 수 있다. -Xint 와 함께, -XX:+PrintCompilation 은 두가지 경우에 대해서 정확하게 아무런 라인도 출력하지 않는다.(zero lines of output) 또, -XX:+CITime 은 컴파일하는데 시간을 전혀 소비하지 않았다는 것을 확인시켜준다. -Xcomp 경우는 다르다. 클라이언트 VM 은 프로그램 시작이후에 즉각 726 라인은 출력하고 모든 관련 메소드들은 컴파일되었기 때문에 더 이상 출력되지 않는다. 서버 VM 에서는 993 라인 출력을 볼 수 있는데 이는 좀 더 공격적 최적화를 수행했다는 것을 말해준다. 또, JVM이 셧다운시에 출력되는 통계에서도 둘 VM 사이에서는 아주 큰 차이를 보여준다. 서버 VM에서 실행 결과을 살펴보자.

-Xcomp 를 사용해 컴파일하는데 소비한 시간 1.567 초는 기본 세팅 값(ex, mixed mode) 보다 약 10배나 많은 시간을 소비했다. 여전히, 애플리케이션은 mixed 모드보다 더 느리게 동작한다. 클라이언트 VM 은 -Xcomp 를 사용했을 경우 726개의 메소드들을 컴파일하는데 0.208 초를 소비했다. 이것은 -Xcomp 를 사용한 서버 VM보다 더 느린 것이다. (역, 말이 이상하다. server VM 에서는 993 라인에 1.567 초를 client VM 에서는 726 라인에 0.208 초를 소비했는데 어째서 server VM 보다 느리다고 한 걸까?)

모든 메소드는 처음 실행 시점에서 호출되어질때에 컴파일되어지기 때문에 ‘on stack replace“가 발생하지 않는다. 손상된 출력 “Average: -1.#IO”는 (정확하게는 0) 비표준 플래그의 출력이 아주 많이 의존하는게 없다는 것을 다시 한번 보여준다.(역, 말이 이상함. The corrupted output “Average: -1.#IO” (correct would be: 0) demonstrates once more that the output of non-standardized flags is nothing to rely on too much)

-XX:+UnlockExperimentalVMOptions

특정 JVM 플래그를 세팅하면 JVM은 시작하자마자 “Unrecognized VM option” 메시지를 출력하고 곧바로 중단되곤 한다.만일 이런 일이 발생하면, 혹시 오타를 치지지 않았나 체크해야 한다. 하지만, 오타없이 정확하게 입력했는데도 여전히 JVM이 그 플래그를 인식하지 못한다면 아마도 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions 세팅을 통해서 플래그를 풀어줄(unlock) 필요가 있다. 이것은 보안 메커니즘도 영향을 주기 때문에 명확하진 않지만 JVM이 올바르게 사용되어지지 않았을 경우에 이러한 방법으로 플래그를 안내하는 것이 JVM의 안전성에 영향을 주는 성향이라 생각하고 있다. (예를들어, 그들이 어떤 로그 파일에 아주 과도한 디버그 출력을 쓰도록 했다든지..)

어떤 플래그들은 실제로 자바 애플리케이션에서 사용하지 않고 오직 JVM 개발을 위해서 사용되도록 해놨다. 만일 플래그가 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions 로도 활성화가 되지 않지만 어떤 이유에선지 그 플래그를 반드시 필요로한다면, 여러분은 JVM 의 디버그 빌드를 가지는 행운을 누릴 수 있다.(역, 놀리는거 같다. ㅡ.ㅡ 무슨 얼어죽을 행운이냐!!) java 6 HotSpot JVM 에 대한 디버그 빌드는 여기서찾을 수 있다.

-XX:+LogCompilation and -XX:+PrintOptoAssembly

만일 -XX:+PrintCompilation 로 제공되어지는 정보가 충분히 상세하지 않다면, “hotspot.log” 파일에 확장된 컴파일단계를 출력하도록 -XX:+LogCompilation 플래그를 사용할 수 있다. 덧붙여서 컴파일된 메소드에 대한 아주많은 상세한 정보들 중에 작업이 시작된 컴파일러 쓰레드를 볼 수 있다. 주의해야 할것은 -XX:+LogCompilation 는 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions로 풀어줘야 한다.

JVM 은 바이트코드 컴파일로 생성된 네이티브 코드 결과들을 살펴볼 수 있도록 해준다. -XX:+PrintOptoAssembly 플래그로 인해서 컴파일러 스레드에 의해 생성 된 네이티브 코드는 표준 출력과 “hotspot.log” 파일에 모두 기록됩니다. 이 플래그를 사용은 서버 VM의 디버그 빌드를 실행하도록 요구한다. 우리는, 죽은 코드 제거하기처럼, JVM이 실제 어떤 종류의 최적화를 수행하는지를 이해하기 위해서 -XX:+PrintOptoAssembly 의 출력을 연구할 수 있다. 예제를 제시하는 흥미로운 기사는 여기에서 찾울 수 있다.

Further information about XX flags

만약 이글이 당신의 상상력을 자극한다면, HotSpot 의 XX 플래그를 스스로 찾아봐라. 아주 좋은 시작점은 이 리스트다.

Creative Commons License
비공개: 유용한 JVM 플래그 – Part 2 (플래그 카테고리들과 JIT 컴파일러 진단들) by Voyager of Linux is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

유용한 JVM 플래그 – Part 1 (JVM 타입들과 컴파일러 모드들)

현대의 JVM들은 효율적이고 안정적인 방법으로 자바 애플리케이션을(혹은 JVM과 호환되는 프로그래밍 언어들) 실행시키는 놀라운 일을 한다. 맞춤 메모리 관리(Adaptive memory management), 가비지 컬렉션(garbage collection), just-in-time compilation, 동적 클래스로딩(dynamic classloading), 락 최적화(lock optimization) – 이러한 것이 마법처럼 인용되지만 일반적인 프로그래머들에게 직접적으로 영향을 주진 않는다. 실행 시점에서, JVM은 지속적인 측정과 프로파일링을 기반으로 애플리케이션이나 그것의 일부를 핸들링하는 방법을 최적화한다.

여전히 JVM이 자동화 수준과 같은 것이나 그보다 못한 것들에 대해서 외부 모니터링이나 수동 튜닝을 위한 충분한 설비를 제공하고 있다는 것은 중요하다. 에러나 낮은 퍼포먼스의 경우에는 반드시 전문가가 개입하는 것이 가능해야 한다. 게다가, 수면 아래에서 일어나는 모든 마법같은 일 외에도, 아주 폭 넓은 수동 튜닝 같은것은 현대 JVM이 가지는 강력한 것중에 하나다. 특히 흥미로운 것은 JVM이 시작시 그들에게 전달되어 질수 있는 커맨드 라인 플래그들이다. 몇몇 JVM은 수백개의 이러한 플래그들을 제공하지만 JVM에 대한 적절한 지식이 없이는 잊어버리기 쉽다.이 시리즈의 목표는 매일 사용하는 적절한 플래그들을 조명하고 그들이 장점들에 대해서 설명하는 것이다. 다른 인기있는 JVM들에 아주 유사한 플래그가 존재하지만 우리는 Java 6으로 Sun/Oracle HotSpot에 집중할 것이다.

-server 와 -client

HotSpot JVM에는 두개의 타입이 있다. 이름하야 “server” 와 “client”. 서버(server) VM은 기본적으로 아주 큰 힙(Heap), 패러럴 가비지 컬렉터(parallel garbage collector)를 사용하고 실행타임에서 좀 더 공격적으로 코드를 최적화 한다. 클라이언트(client) VM은 좀 더 보수적인데, 그 결과 좀 시작 타임이 짧아지고 메모리를 좀 더 적게 사용한다. “JVM 인체공학(ergonomic)” 이라 불리는 컨셉 덕분에 JVM의 타입은 JVM이 시작될때에 운영체제와 활용할수 있는 하드웨어를 고려한 기준에의해서 자동적으로 선택되어진다. 추가적인 기준(혹은 규격)은 여기서 찾을 수 있다. 규격(기준) 테이블로부터, 우리는 클라이언트 VM은 오직 32bit 시스템에서만 활용할 수 있다는 것을 알 수 있다.

만약 미리 정의된 JVM이 불만이라면, 우리는 서버와 클라이언트 VM 사용을 규정하기 위해 -server 와 -client 플래그를 사용할 수 있다. 비록 서버 VM이 기본적으로 장시간 실행되는 서버 프로세스들에 초점이 맞춰졌지만, 오늘날 그것은 아주 많은 독립 애플리케이션 VM에서 클라이언트 VM 보다 훨씬 높은 성능을 종종 보여준다. 나는 애플리케이션이 빠른 실행시간이 중요하다고 할때에 -server 플래그를 세팅함으로써 서버VM을 선택할 것을 권장한다. 일반적으로, 32-bit 시스템에서, HotSpot JDK는 모두 서버VM으로 동작하도록 할 필요가 있다. – 32bit JRE만 클라이언트VM을 탑재한다.

-version 과 -showversion

어떻게 우리는 자바가 설치되어 있고 JAVA를 호출했을때에 JVM 타입이 어떤건지를 알 수 있을까? 시스템에 하나 이상의 JAVA가 설치되어 있다면 아무런 알림없이 잘못된 JVM이 실행될 약간의 위험성이 항상 있다. 이러한 관점에서,비록 내가 해를 거듭할수록 좋았졌다는 것을 인정한다해도, 인기있는 다양한 리눅스 배포판에는 JVM이 미리 설치되었다.

운 좋게, 우리는 -version 플래그를 활용할 수 있다. 사용되어진 JVM에 대한 간단한 정보를 표준출력으로 출력할 수 있다. 예를들면,

출력된 내용을 보면 JAVA 버전 넘버(1.6.0_24)와 사용된 정확한 JRE의 빌드ID(1.6.0_24-b07) 를 보여준다. 또, 우리는 이름을(HotSpot) 볼수 있고, JVM의 빌드ID(19.1-b02) 와 타입(Client)도 볼 수 있다. 거기에 더해, 우리는 JVM 이 믹스드 모드(mixed mode)로 동작한다는걸 알 수 있다. 이 실행 모드는 기본적인 HotSpot 모드이고 실행 타임에 동적으로 바이트 코드(byte code)를 네이티브 코드(nate code)로 컴파일 한다는 걸 의미한다. 또, 우리는 클래스 데이터 공유(class data sharing)가 활성화 되었다는 것도 알 수 있다. 클래스 데이터 공유는 모든 JAVA 프로세스들이 클래스로더에 의해서 자원을 공유하는데 사용되어지는 읽기전용 캐쉬에 JRE 의 시스템 클래스들을 저장하는 기법이다. 클래스 데이터 공유는 매번 jar archive들로부터 모든 클래스 데이터를 읽어들이는 것과 비교해볼때 성능면에서 대체로 이득이 있다.

-version 플래그는 위 데이터를 출력한 후에 즉각 JVM을 종료한다. 그러나, 같은 출력결과를 만드는데 사용되어질 수 있는 -showversion 는 유사한 플래그지만 주어진 자바 애플리케이션을 실행하고 처리한다. 따라서 -showversion 은 거의 모든 자바 애플리케이션의 커맨드 라인에 유용하게 추가되었다. 여러분은 갑자기 어떤 정보가 필요할때 특별한(깨진) 자바 애플리케이션에서 사용된 JVM에 대해서 알수가 없다. 시작시에 -showversion 을 추가함으로써, 우리는 우리가 필요로할지 모르는 시점에서 활용가능한 이러한 정보를 얻는것을 보장받을 수 있다.

-Xint, -Xcomp, 그리고 Xmixed

두개의 플래그 -Xint, -Xcomp 는 우리가 매일 하는일과 관련이 없지만 JVM에 대해서 무언가를 배우기 위한 아주 큰 주제가 있다. -Xint 는 JVM에게 모든 바이트코드(Bytecode)를, 통상적으로 10배 이상 아주 느려지는 것이 수반되는, 인터프리터 모드로 실행하도록 강제한다. 이와 대조적으로, 플래그 -Xcomp 는 명시적으로 정반대로 동작하도록 강제하는데 그것은 JVM이 처음 사용시에 모든 바이트코드를 네이티브코드(Native code)로 컴파일하는데 결국 최고의 최적화 레벨을 적용하게 된다. 이것은 아주 듣기좋은 소리인데, 왜냐하면 인터프리터의 느림을 피하는 완벽한 방법이기 때문이다. 하지만 많은 애플리케이션들은 -Xinit 가 성능저하가 발생한다는 단 하나의 이유와 비교하더라도 -Xcomp 의 사용은 적은 성능 차이를 겪게 된다. 그 이유는 -Xcomp 세팅은 JVM에게 JIT 컴파일러(JIT Compiler)가 효율적으로 네이티브 코드를 만들어내는 것을 방해하게 한다. JIT 컴파일러는 실행타임에 메소드 사용 프로파일들을 생성한 다음에 실제 애플리케이션 동작을 위해 차례대로 그들의 일부나 혹은 추론을 해서 싱글 메소드들을 최적화한다. 이러한 최적화 테크닉의 일부들은, 예를들어 optimistic branch prediction, 맨 처음에 애플리케이션의 프로파일링 없이 효율적으로 적용되어질 수 없다. 또 다른 관점으로 메소드는 그들 스스로가 애플리케이션에서 어떤 종류의 지점을 구성하는데 연관되어 있다는 것이 증명되었을때 전체가 컴파일되어 진다. 오직 한번이나 아주 적게 호출되어지는 메소드들은 인터프리터 모드로 실행되는 것을 지속하게 되고 따라서 compilation 과 최적화(optimzation) 비용을 절약하게 된다.

우리는 -Xmixed 플래그를 가지는 mixed 모드를 주목하자. 최신의 HotSpot 버전에서, mixed mode는 기본값이 됐고 우리는 더 이상 이 플래그를 지정하지 않아도 된다.

해쉬맵(HashMap)에 객체를 채워넣고 그것을 다시 받는것을 반복하는 샘플 벤치마크 예제의 결과를 살펴보자. 각각의 벤치마크가 보여주는 실행시간은 수 많은 샘플 실행의 평균 값이다.

당연히 벤치마크는 -Xcomp 가 최고라는 것을 보여준다. 하지만 여전히, 그리고 특별히 아주 오랜시간동안 실행되는 애플리케이션에 대해서, 나는 모든 사람들에게 강력하게 JVM 기본 세팅으로 놔두라고 하고 JIT 컴파일러의 다양한 잠재능력을 모두 사용하도록 만들라고 조언한다. 결국, JIT 컴파일러는 JVM의 아주 복잡하고 정교한 컴포넌트(component)중에 하나이다. – 사실, 현재 이 부분의 발전은 오늘날 자바가 더 이상 느리지 않다고 생각하게 만드는 가장 큰 이유다.

댓글

역주) 위 글에 댓글에 아주 흥미로운 댓글이 있어서 같이 번역해 보았습니다.

Tj Says:

조금 헷깔리는게 – 나는 자바 컴파일러가 실행타임에 JVM에 의해서 실행되어지도록
소스 코드를 바이트코드로 바꾸도록한다고 생각했다. 그래서 JVM은 오직 바이트코드만 사용할 수 있는거지.
근데 니가 말하는 -Xint 에 의해서 오직 인터프리터된다는 말은 무슨 뜻이냐?
너는 JVM이 JIT 컴파일러 움직임없이 직접적으로 바이트코드를 이해한다고 생각한거야?

Patrck Peschlow says:

Hi Tj,

그래, 너의 생각이 맞아. JVM의 입력은 바이트코드야. 그 이후에 프로그램이 실행되는 동안에 바이트 코드를
어떻게 다룰지하는 몇가지 선택지가 있어. 실행시점에서 JVM은 처음부터 네이티브코드로 컴파일하지 않고
오직 바이트코드로만 인터프리트(interpret)해. 사실 니가 실행하는 모든 자바 프로그램은 일반적으로 그것이
실행되는 동안 인터프리트된 바이트코드의 일부 조각일뿐이다.

이전에 JVM들은 인터프리터만 가지고 있었지. 그래서 전체 자바 프로그램 바이트코드는 오직 인터프리터되었어.
그것이 이전 몇년동안 자바가 느리다고 여겼던 주요한 이유였어. 지금은 현대의 JVM들은 여전히 커맨드라인에서
-Xint 을 지정하는 것으로 오직 인터프리터된 모드로 사용하는것을 허용해.
간단하게 -Xint 에다가 추가적으로 커맨드라인에 -XX:+PrintCompilation 을 추가하면 바이트코드의
네이티브 코드 컴파일화가 발생되지 않는다는 것을 볼 수 있어.
-Xint 없이 똑같은 자바 프로그램을 실행해서 나오는 결과를 비교해보라고.

JVM이 바이트코드-네이티브 컴파일화를 지원하도록 시작되었을때, 사람들은 맹목적으로 각각 모든 메소드가
네이티브 코드로 컴파일된다는 것이 말이 되지 않는다는걸 깨달았지. 대신 지금은 “just-in-tim-compilation”과
“HotSpot” 으로 알려진 컨셉/기술로 개발되었어.아주 간단하게 말해서, 처음 시작되면 JVM은 전부
바이트코드로 인터프리터하고 프로그램이 실행되는 동안에 네이티브 코드로 컴파일할 방법을 결정을 하지.

오직 “hot” 메소드들에서 아이디어는 효과적인 네이티브 코드를 생산하는데 필요한 컴파일링/최적화 노력은
가치가 있다는 거야. 이와 반대로 “cold” 메소드들은 그들이 “hot”이 될때까지 인터프리터된 모드로
다루어질거야. – 어떤 메소드들은 결코 “hot”이 될일이 없을테지만.

그런데, 니가 실행타임에 instrument 메소들이나 클래스를 다이나믹하게 릴로드할때, 새로운 바이트코드는
오래된 버전이 이미 컴파일되어 있다고 하더라도 일반적으로 얼마동안 인터프리터되서 존재할 거야. 그리고,
모든 새로운 바이트코드의 일부를 보게되면, 일반적으로 JVM은 그것이 “hot” 한지 아닌지를 결정하는데
얼마간의 시간을 소비하게 되지.

이건 말이지 모든 현대의 JVM 실행에서 bytecode interpretation 을 찾을 수 있다는 것을 의미해.
만약 니가 그것을 호출했을 시에 모든 메소드를 컴파일된 네이티브코드로 존해하길 원한다면 커맨드라인에서
-Xcomp 를 지정해주면 돼. 그렇지만 나는 진심으로 이 방법을 추천하지 않아.
오늘날 JVM들은 충분히 똑똑하다구.

 

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유용한 JVM 플래그 &#8211; Part 1 (JVM 타입들과 컴파일러 모드들) by Voyager of Linux is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.