Category: Java
자바 프로그래밍에 대해 정리한 카테고리.
Java 8 람다 표현식
이 글은 다음의 Youtube 강의 내용을 요약 정리한 것입니다.
- Java 8 Lambda Basics – Java Brains
왜 람다(Lambda) 인가?
- 함수형 프로그램이 가능하다.
- 읽기 쉽고 간결한 코드
- API 나 라이브러리 사용이 좀 더 쉽다.
- 패러럴 프로그래밍이 가능하다.
람다는 함수 자체를 값으롤 할당할 수 있는 Inline 함수처럼 표현된다.
람다 표현식(Lambda Expressions)
자바에서 메소드로 불리우는 함수 표현식은 대략 다음과 같은 형식을 갖는다.
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public void greet(action) { action(); } |
Inline Values
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String name = "foo"; double pi = 3.14 |
위 예제는 Inline Values 가 무엇인지 보여준다. 별다른 객체, 메소드의 도움이 바로 할당하는 형식이 바로 Inline Values 라고 보면 된다.
그렇다면 코드 블럭(Code Block) 자체를 인라인으로 할당 할 수 있지 않을까? 다음과 같이 말이다.
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aBlockOfCode = { .... .... } |
실제로 JavaScript 에서는 Inline 함수라고 해서 존재한다. 다음과 같은 형식을 갖는다.
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<script type="text/javascript"> var test = function() { alert("이것은 인라인 함수입니다."); } </script> <a href="#" onclick="javascript:test();">함수실행!!</a> 출처: http://ooz.co.kr/195 [이러쿵저러쿵] |
Java 8 에서의 람다 표현식은 JavaScript 에서의 인라인 표기와 유사하다.
HelloWorld 람다
HelloWorld 를 통해서 람다 표현식을 익혀보자.
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public void perform() { System.out.print("Hello World!"); } |
전형적인 HelloWorld 코드다. 이것을 람다 표현식으로 어떻게 바꿀까? 먼저 메소드 자체를 Inline Value 할당하듯이 가상의 변수에 할당해보자. 다음과 같이.
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aBlockOfCode = public void perform() { System.out.print("Hello World!"); } |
public 은 접근제한자라고 해서 protected, private 등이 있다. 변수에 할당하는 행위에서 있어서 이러한 접근제한자는 의미가 없다. OOP 에서는 객체의 변수를 직접 받는것이 아니라 메소드를 통해서 할당 받는데, 람다 표현식에서는 Inline Value 로 직접 할당하는 방식이기 때문에 무의미하다. 지우자!
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aBlockOfCode = void perform() { System.out.print("Hello World!"); } |
코드를 다시보면 perform 이라는 함수 이름이 존재한다. 하지만 코드 블럭자체를 왼쪽 변수에 할당하고 그러한 코드 블럭은 왼쪽 aBlockOfCode 를 호출함으로써 동작하게 될터이다. 따라서 perform 이라는 함수 자체를 지칭하는 이름은 불 필요하다. 이는 앞서본 JavaScript 의 인라인함수 표현식에서처럼 할당되는 함수의 이름이 없는것과 같다. 지우자!
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aBlockOfCode = void () { System.out.print("Hello World!"); } |
void 는 리턴타입을 말한다. 아무런 리턴도 없다는 의미이기도 하다. Java 8 컴파일러는 똑똑하다. 람다 표현식에서 리턴타입을 명시하지 않더라도 컴파일러가 알아서 해준다. 지우자!
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aBlockOfCode = () { System.out.print("Hello World!"); } |
다 됐다. Java 8 에서 람다 표현식에서는 -> 를 이용한다. 다음이 Java 8의 람다 표현식의 완성이다.
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aBlockOfCode = () -> { System.out.print("Hello World!"); }; |
이게 정상적인 코드라구? 그렇다. Java 8 에 도입된 람다표현식이다. 정확하게 잘 동작한다. 위를 좀 더 간결하게 바꿔 쓸수도 있다.
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aBlockOfCode = () -> System.out.print("Hello World!"); |
람다(Lambda) 예제.
다음을 람다 표현식으로 바꿔보자.
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doubleNumberFunction = public int double(int a) { return a * 2; } |
Inline 변수 할당이기 때문에 객체 접근제한자는 필요가 없다. public 삭제..
Inline 변수 할당이기 때문에 double 이라는 함수자체이 이름도 필요가 없다. double 삭제.. 그러면 다음과 같은 형태만 남는다.
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doubleNumberFunction = int (int a) { return a * 2; } |
자바 컴파일러는 매우 똑똑하다. 리턴타입을 추론해 맞춰준다. 먼저 인자 타입이 int 형이라 결과도 나름대로 int 형일것으로 추정하기도 하고 리턴 되는 계산을 하면서 리턴타입을 추론하기도한다. 별도로 리턴타입을 정의해줄 필요가 없다. int 리턴타입 삭제…
그렇게 하고 나면 다음과 같이 람다 표현식을 쓸수 있게 된다.
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doubleNumberFunction = (int a) -> { return a * 2; } |
람다 표현식이다. 하지만 이를 좀 더 줄이면 다음과 같이 쓸 수 있다.
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doubleNumberFunction = (int a) -> a * 2; |
한줄로 다 작성할 수가 있다면 {} 블럭을 사용할 필요가 없고 {} 없는 경우에 return 을 쓰지 않아도 된다.
모든 람다가 {} 이 필요 없는 것은 아니다. 다음과 같이 블럭내에 로직이 들어갈 경우에 {} 블럭과 return 이 필요하다.
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safeDivideFunction = (int a, int b) -> { if (b == 0) return 0; return a / b; }; |
문자열 길이를 알아내고자 한다면 어떻게 람다 표현식을 쓸 수 있나? 다음과 같다.
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stringLengthCountFunction = (String s) -> s.length(); |
물론, 앞에서 처럼 뭔가 로직을 넣어야 한다면 {} 감싸고 return 을 해주면 된다.
Mac 에서 JAVA_HOME 찾기
Mac 에는 여러버전의 Java 가 설치되어 있습니다. 그런데, 가끔씩 JAVA_HOME 이 어디인지를 알고 싶을때가 있습니다. 그럴때 다음과 같이 하면 알수 있습니다.
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export JAVA_HOME="$(/usr/libexec/java_home -v 1.6)" or export JAVA_HOME="$(/usr/libexec/java_home -v 1.7)" or export JAVA_HOME="$(/usr/libexec/java_home -v 1.8)" |
Java 설치
이 글은 Java 를 리눅스에 설치하는 법을 다룹니다. Java 는 JDK, JRE가 존재하는데 WAS 서버 운영을 위해서는 JDK를 설치하는게 여러모로 좋습니다.
다운로드
다운로드는 Oracle 홈페이지의 Java 페이지에서 받을 수 있습니다. 보시면 다양한 패키지를 제공하는데, 저는 64bit 리눅스 tar.gz 파일을 다운로드 받았습니다.
설치
tar.gz 파일을 다운로드 받았다면 설치는 압축을 해제하는 것으로 사실상 끝이 납니다.
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tar xvzf jdk-7u80-linux-x64.tar.gz -C /opt cd /opt ln -s /opt/jdk1.7.0_80 java |
설정하기
자바 설치가 끝났다면 이를 시스템이 인식할 수 있도록 설정해줍니다. 설정은 자바 홈 디렉토리, 패스, 클래스패스등을 입니다.
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export JAVA_HOME=/opt/java export JRE_HOME=/opt/java/jre export PATH=$PATH:/opt/java/bin:/opt/java/jre/bin export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/jre/lib:$JAVA_HOME/lib/tools.jar |
이를 매번 입력하기 보다는 /etc/profile 맨 아래에 적어주면 부팅할때마다 자동적으로 시스템 전체에 적용 됩니다.
윈도우용 JDK Portable 설치.
윈도우용 JDK를 보면 Portable 설치가 없다. 설치를 할려면 Windows Installer 를 이용하는 방법 밖에 없다. 문제는 두개의 버전, 1.7과 1.8 버전의 JDK 를 설치할 수가 없을 수도 있다. 최신판을 설치된 상태에서 구 버전을 설치할려면 이미 최신버전이 설치가 되어 있어서 설치가 안될 수도 있다.
이럴때 Linux 용 처럼 압축만 해제하면 쓸수 있도록 할 수 있지 않을까? 이 글은 JDK를 압축해제하는 것만으로 설치하는 방법인 Portable 설치에 대해서 다룬다. 또한, 이글은 다음 링크의 내용을 정리한 것이다.
참고로 JDK 1.7 버전만 가지고 테스트 됐다.
준비
구 버전의 Windows Installer 를 다운받는다. 보통은 .exe 확장자로 끝나는 파일이다. 또 다른 프로그램이 필요한데 .exe 를 압축해제할 수 있는 압축/해제 소프트웨어다. 많은 압축/해제 소프트웨어가 있지만 7-zip 을 이용했다.
압축해제
압축을 해제하면 jdk-7u80-windows-x64 디렉토리가 생성되고 그 안에 ‘tools.zip’ 압축파일이 보인다. 그럼 이 tools.zip 도 압축을 해제한다.
pack 파일을 jar 파일로 변환하기
tools.zip 파일을 보면 pack 파일들이 보인다. windows installer 의 패키징 파일이다. 이것을 unpack 해서 jar 파일로 만들어주는게 핵심이 된다.
cmd 창에서 작업을 해야해서 cmd 창을 띄운다. 그리고 방금 압축해제한 디렉토리인 tools 로 이동한다.
그리고 다음과 같이 입력한다.
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for /r %x in (*.pack) do .\bin\unpack200 -r "%x" "%~dx%~px%~nx.jar" |
위와같이 하면 pack 파일이 전부 jar 파일로 변환된다.
이제 tools 디렉토리를 ‘JDK1.7’ 로 이름을 바꾸고 C:\ 로 이동시키면 Portable 하게 설치가 완료된다.
보호된 글: 가비지 컬렉터를 위한 테스트 코드
GC 알고리즘
reference counting algorithm
count를 관리하여 reference count가 0이되면 그때그때 garbage collection을 수행하는것이다.object에 reference 가되면 reference count는 1이 증가하고 reference가 사라지면 1이 감소하는 식으로 동작한다. 그런데 이 reference 관계가 간접적이라 하더라도 참조하고 있는 모든 object에 대해 연쇄적으로 reference count가 변경된다 이reference count가 0 이될때마다 garbage collection이 발생하기 때문에 자연스럽게 Pause Time이 분산되어 실시간 작업에도 거의 영향을 주지 않는 장점이 있다. 그러나 reference의 변경이나 garbage collection의 결과에 따라 각 object마다 reference count를 변경해 주어야하기 때문에 이에 대한 관리 비용이 상당하다 또한 Garbage collecition이 연쇄적으로 일어 날수 있다는 것도 문제가 될 수 있다. 하지만 무엇보다 이 reference counting algorithm 문제는 memory leak의 가능성이 농후하다는데 있다 reference count가 0이 되어야 garbage collection이 될것인데 순환 참조의 구조에서는 regerence count가 0이 될 가능성이 희박하다 그렇기 때문에 garbage 가 되어도 heap 에서 사라지지 않게 되어 memory leak 을 유발할 가능성이 커지게 된다
mark-and-sweep algorithm
reference에 따라 object마다 count를 하는 방식대신, root set에서 시작하는 reference의 관계를 추적하는 방식을 사용한다. 이러한 방식은 garbage를 detection하는데 있어 상당히 효과적이기 때문에 이후의 garbage collection에서 detection은 대부분 이 algorithm을 사용하고 있다.
mark-and-sweep algorithm은 mark phase와 sweep phase로 나뉘어 진다. mark phase는 gabage object를 구별핸재는 단계로 root set 에서 reference 관계가 있는 object에 marking하는 방식으로 수행된다.marking 을 위해서는 여러가지 방법이 있는데 주로 object header에 flag 나 별도의 btimap table등을 사용한다
이 mark-and-sweep algorithm은 reference관계까 정확하게 파악될 뿐만 아니라 reference의 관계의 변경 시에 부가적인 작업을 하지 않기 때문에 속도가 향상된다는 장점이 있다. 그러나 garbage collection 과정 중에는 heap의 사용이 제한된다. 그것은 작업의 정확성과 meomry corruption을 방지 하기 위함인데 이 경우 프로그램이 잠깐 멈추는 현상이 발생한다 또하나의 문제는 바로 fragementation이 발생 할수 있다는 것이다.
mark-and-compaction algorithm
make-and-sweep algorithm의 fragmentation이라는 약점을 국복하고자 sweep 대신 compaction을 포함한 것이다.
이 algorithm은 mark phase와 compaction phase로 구성되어 있다. compaction이란 작업은 말 그대로 live object를 연속된 메모리 공간에 차곡차곡 적재하는 것을 의미하며 보통 하위 address로 compaction을 수행한다 compaction에는 여러가지 방식이 있는데 arbitrary 방식, linear방식, sliding 방식 등이 있다. 이중 arbitrary방식은 순서가 보장되지 않는 방식이다. linear방식은 reference의 순서대로 정렬된 compaction이다 그리고 sliding 방식은 할당된 순서대로 정렬되는 방식이다.
compaction을 원활하게 하기 위해 handle과 같은 자료구조를 사용할 수도 있다. handle에는 객체의 논리적인 주소와 실제 주소가 들어가 있다. mark phase에서는 live object의 handel에 marking한다. compaction phase에서는 일단 marking 된 정보를 바탕으로 garbage object를 sweep 한 후 heap의 한 쪽 방향으로 live object를 이동시킨다. 이동하는 방법은 sliding compaction의 방법을 사용한다. 그 이후 이동한 새로운 주소로 모든 reference를 변경하는 작업을 수행한다
fragmentation의 방지에 초점이 맞추어져 있기 때문에 메모리 공간의 효율성이 가장 큰 장점이다.그러나 compaction 작업 이후에 모든 reference를 업데이트 하는 작업은 경우에 따라서 모든 object를 access하는등의 부가적인 overhead가 수반 될 수도 있다. 또한 mark phase와 compaction phase는 모두 suspend 현상이 발생한다는 단점이 있다
copying algorithm
heap 을 active영역과 inactive 영역으로 나누어서 사요한느 특징을 가지고 있다. 이중 active영역에만 object를 할당 받을 수 있고 active영역이 꽉 차게 되어 더이상 allocation이 불가능하게 되면 garbage collection이 수행된다.
garbage collection이 수행되면 모든 프로그램은 일단 suspend 상태가 된다. 그리고 live object를 inactive영역으로 copy하는 작업을 수행한다. object를 copy할때 각각의 reference 정보도 같이 변경된다.
이렇게 작업이 끝나면 active영역에는 garbage object만 남아 있게 되고 inactive 영역에는 live object만이 남아 있게 된더. 그런데 inactive영역에 object를 copy 할 때는 한쪽 방향에서부터 차곡차곡 적재를 하기 때문에 마치 compaction을 수행한 것처럼 정렬이 된 상태가 된다 이렇게 garbage collection이 완료되는 시점에서 active 영역은 모두 freememory가 되고 active 영역과 inactive 영역은 서로 바뀌게 된다. 이를 scavenge라고 한다.
fragmantation의 방지에는 효과적이기는 하지만 전첼 heap의 절반 정도를 사용하지 못한다는 단점이 존재한다. 또한 suspend현상과 copy에 대한 overhead는 필요악이라 할 수 있을 것이다.
generational algorithm
copy algorithm의 연장선상에 있다. heap을 active, inactive로 나누는 것이 아니라 age 별로 몇개의 sub heap으로 나눈다. object는 youngest generation sub heap 에 할당되고 그 곳에서 성숙하게 되면 그 다음 age에 해당하는 sub heap으로 올라가 결국 oldest generation sub heap 까지 promotion하는 방식으로 동작한. age가 임계값을 넘엇 다른 generation으로 copy되는 것을 promotino이라고 한다.
무엇보다 이 algorithm의 장점은 각 sub heap에서 각각 적절한 algorithm을 적용 할수 있다는 것이다 이러한 장점으로 인해 hosspotjvm이나 ibm jvm에서도 generational algorithm을 사용하고 있다
train algorithm
Heap을 작은 Memory Block으로 나누어 Single Block 단위로, Mar Phase와 Copy Phase로 구성된 Garbage Collection을 수행한다.이러한 특징때문에 이 algorithm은 incremental algorithm이라고도 한다.
garbage collection을 수행하는 단위가 single block 인 만큼 전체 heap의 suspend가 아닌 collection 중인 memtory block만 suspend가 발생한다 다시 말해 suspend를 분산시켜 전체적인 pause time을 줄이자는 아이디어인 것이다.
heap을 tran으로 구성한다 이 train은 car라고 불리는 fixed size의 memory block을 묶어 놓은 체인이다. train은 필요에 따라 car를 추가 할수도 있고 하나의 train이 추가 될 수도 있다. 그리고 각 memory block은 car외부에서의 참조를 기억하는 remember set이라는 장치가 있다. 이러한 구조 때문에 train algorithm이라는 명칭을 사용하게 되었다.
remember set은 train algorithme이 single block 단위로 garbage collection을 한다는 의미에서 상당히 중요하다 copy나 compaction을 통해 objectr가 이동을 하게 되면 당연히 그 주소가 변경될 것이고 이를 참조하는 object들도 따라서 reference가 변겨이 되어야한다. 그런데 obejct가 이동을 하게 되면 당연히 그 주소가 변경될 것이고 이를 참조하는 object들도 따라서 reference가 변경이 되어야 한다. 그런데 object는 자신이 참조하는 refence는 가지고 있지만, 누가 나를 참조하고 있는지에 대한 정보는 가지고 있지 못하다. 그렇기 때문에 이동한 object를 누가 참조하고 있는지를 알기 위해서는 , 최악의 경우 모든 root set과 object의 reference를 모두찾아 다녀야 하는 경우가 발생한다. 이경우 suspend의 분산 효과는 현저히 떨어진다.
remember set은 이러한 일을 방지하는 효과가 있다. remember set을 구성하기 위해서는 write barrier라는 장치를 동반하게 된다. wite barrierㅇ는 간단한 코드로 되어 있는 instruction의 set, 즉 작은 이벤트 프로그램 또는 트리거 정도로 이해할 수 있다. 보통 write barrier는 reference 관계를 맺을때 대상 object가 같은 car에 있지 않을 경우 대상 object의 car에 있는 remember set에 기록하는 식으로 구성되어 있다
adaptive algorithm
지금까지 설명한 것과는 달리 특정 collection방법을 지칭하는 것은 아니다. heap의 현재 상황을 모니터링하여 적절한 algorithm을 선택 적용하는 것 또는 heap sizing을 자동화하는 일련의 방법을 의미한다. 이것은 hotspot jvm의 ergonomics 기능 또는 adaptive optino이나 ibm jvm의 tilting 기능 등으로 구현이 되고 있다.
유용한 JVM 플래그들 – Part 8 (GC Logging)
이 씨리즈의 마지막은 가비지 컬렉션 로깅과 연관된 플래그들이다. GC 로그는 힙의 잠재적인 개선, GC설정 이나 애플리케이션의 객체할당 패턴을 들어내주는 아주 중요한 툴이다. 각 GC가 발생하면, GC 로그는 과정과 결과에 대한 정밀한 데이터를 제공한다.
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGC 나 혹은 별명인 -verbose:gc 는 모든 young generation GC와 모든 풀GC에 대해 라인으로 출력되는 단순히 GC 로깅 모드를 활성화한다. 예를들면 다음과 같다.
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[GC 246656K->243120K(376320K), 0,0929090 secs] [Full GC 243120K->241951K(629760K), 1,5589690 secs] |
라인의 시작은, ‘GC’ 혹은 ‘Full GC’, GC 타입이다. 그 다음이 GC 전과 후에(화살표로 구분되는) 점유 힙 메모리고 괄호안에 용량은 현재 힙의 용량이다. 라인의 끝은 GC가 수행된 시간이다(초단위 시간).
따라서, 첫째라인에서, 246656K→243120K(376320K) 는 GC가 점유 힙 메로리를 246656K 에서 243120K 로 줄였다는 뜻이다. GC 당시에 힙 용량은 376320K 이고 GC 는 0.0929090 시간을 소비했다.
단순한 gC 로깅 포캣은 사용되는 GC 알고리즘과 아무런 상관이 없고 더이상 상세함을 제공하지 않는다. 위의 예제에서 우리는 GC가 young 에서 old generation 으로 객체가 이동될때에 로그에 기록할 수 없다. 그러한 이유로, 상세한 GC 로깅은 단순한 로깅보다 훨씬 유용하다.
-XX:+PrintGCDetails
만약 -XX:+PrintGC 보다 -XX:+PrintGCDetails 를 사용한다면, 우리는 사용되는 GC 알고리즘에따라 달라지는 “상세한” GC 로깅 모드를 활성화 한다. 처리량 컬렉터를 사용하는 young generation GC 에 의해서 생성된 출력을 살펴보는 것으로 시작한다. 좀 더 읽기 편하게, 나는 출력물을 몇개의 라인으로 나누고 그들을 들여쓰기를 했다. 실제 로그에서, 이것은 한줄이며 사람이 읽기는 불편하다.
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[GC [PSYoungGen: 142816K->10752K(142848K)] 246648K->243136K(375296K), 0,0935090 secs ] [Times: user=0,55 sys=0,10, real=0,09 secs] |
우리는 단순한 GC 로그로부터 몇가지 요소를 알수 있었다. 점유 힙 메모리를 246648K 에서 243136K 감소시키고 0.0935090 초를 소비한 young generation GC가 있다. 추가로, young generation 자체에 대한 정보를 얻는데, 이것의 용량과 점유률뿐만아니라 사용된 컬렉터가 무엇인지를 알 수 있다. 위 예제에서, “PSYoungGen” 컬렉터는 점유된 young generation 힙 메모리가 142816K 에서 10752K 로 줄일 수 있었다.
우리는 young generation 용량을 알고 있기 때문에, young generation 이 다른 객체할당을 수용할 수 없기때문에 GC를 발생시켰다라고 쉽게 이야기할 수 있다. 활용가능한 142848K 중에 142816K 이 사용되었다. 게다가, 우리는 우리는 young generation에서 제거 된 개체의 대부분이 아직 살아 있고 old generation 으로 이동되었다고 결론 내릴 수 있다: 142816K→10752K(142848K) 와 246648K→243136K(375296K) 를 비교해 young generation 이 거의 완벽하게 비였음에도 불구하고, 전체 힙 점유률은 거의 같게 남았다.
상세 로그 섹션의 “Times”은 GC에 의해서 사용된 운영체제의 커널 공간(“sys”), 사용자 공간(“user”)으로 나뉜 CPU 시간에 대한 정보를 포함한다. 또, GC가 동작중에 소비한 real time(“real”) 가 보인다. (0.09 sms 로그에서 보여준 0.0935090 시간의 반올림일 뿐이다.) 만약 위 예제처럼 CPU time 이 소비된 real time 보다 상당히 높다면 GC가 다중 쓰레드를 사용해 동작했다고 결론내릴 수 있다. 이러한 경우, 기록된 CPU time 은 모든 GC 쓰레드들의 CPU time의 총 합이다. 그리고 추가로, 나는 위 예제에서 컬렉터가 8개의 쓰레드를 사용했다고 말할 수 있다.
이제 풀GC 출력에 대해서 생각해보자.
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[Full GC [PSYoungGen: 10752K->9707K(142848K)] [ParOldGen: 232384K->232244K(485888K)] 243136K->241951K(628736K) [PSPermGen: 3162K->3161K(21504K)], 1,5265450 secs ] [Times: user=10,96 sys=0,06, real=1,53 secs] |
young generation 에 대한 추가된 상세함으로 인해서 old 와 permanert generation 에 대해 상세함을 우리에게 제공해준다. 전체 세가지 세대들에 대해, 우리는 사용된 컬렉터, GC 전후에 점유율, GC 시에 용량을 알 수 있다. 주목할 것은 총 힙에 대해 보여준 각 숫자는 ( 243136K→241951K(628736K) ) 는 young 과 old generation 의 숫자 합과 같다. 위 예제에서, 241951K 의 총 힙을 점유했고 9707K 는 young generation, 232244K 는 old generation 을 점유했다. 풀GC는 1.53초 소비됐고 user space에서 CPU time 10.96 초는 GC가 다중 쓰레드로 상되었음을 보여준다.(위와같이 8개 쓰레드)
다른 세대들에대한 상대한 출력은 GC 발생에대한 추론을 가능하게 한다. 만약에, 모든 세대에 대해, GC전에 점유한 로그 상태가 거의 현재 용량과 같다면 이 세대는 GC가 발생가능성이 높다. 하지만, 위 예제에서, 이것은 세가지 세대에대해 해당되지 않는다. 그러면 무엇이 이 경우에 GC를 발생시켰을까? 처리율 컬렉터에서 GC 인체공학이 세가지 세대중에 하나가 고갈되기전에 GC가 이미 실행되어야 한다고 결정했다면 실제로 이러한 일이 발생될 수 있다.
풀GC 또한 애플리케이션이나 외부 JVM 인터페이스중에 하나를 통해서 명시적으로 요청이 있을때에 발생될 수도 있다. “system GC” 경우에는 GC 로그에서 “Full GC” 대신에 “Full GC(System)”으로 시작되는 라인을 가지기 때문에 쉽게 파악할 수 있다.
시리얼 컬렉터(Serial Collector) 에서, 상세 GC 로그는 처리량 컬렉터와 매우 유사하다. 한가지 다른 점이라면 다른 GC 알고리즘을 사용하고 있기 때문에 다양한 섹션들에 이름들이 다르다.(예를들어, old generation 섹션은 “ParOldGen” 대신에 “Tenured” 라 부른다). 정확한 이름의 컬렉션을 사용하는 것이 좋은데, JVM의 의해서 사용되어지는 특정 가비지 컬렉션의 로그로부터 추론을 할 수 있기 때문이다.
CMS 컬렉터(CMS Collector)에서, young generation GC에 상세 로그는 역시 처리량 컬렉션과 매우 유사하지만 old generation GC에 대해서는 같지 않다. CMS 컬렉터에서 old generation GC들은 다른 단계를 사용해 애플리케이션에 동시적으로 작동한다. 그렇기 때문에, 그것의 출력은 풀GC 출력과 다르다. 추가적으로 다른 단계에대한 라인들은 일반적으로 동시적 컬렉션이 동작중에 발생된 young generation GC 에대한 라인에 의해서 로그와 분리된다. 다른 컬렉터들을 이미 봐왔기 때문에 GC 로그의 모든 요소들이 익숙하고 그래서 다른 단계에 대한 로그를 이해하기란 어렵지 않다. 다만 처리중일때에 특별히 조심하고 애플리케이션과 동시적으로 모든 단계가 실행된다는 것을 상기해야만 한다. 따라서, 반대되는 stop-the-world 컬렉션들처럼, 개별적인 단계 혹은 전체 GC 주기가 오랫동안 실행되는 시간이 항상 문제가 있다는 것은 아니다.
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[GC [1 CMS-initial-mark: 5506743K(7340032K)] 5535371K(8283776K), 0.0092830 secs ] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.02 secs] [CMS-concurrent-mark-start] [CMS-concurrent-mark: 0.112/0.112 secs] [Times: user=0.43 sys=0.05, real=0.11 secs] [CMS-concurrent-preclean-start] [CMS-concurrent-preclean: 0.026/0.029 secs] [Times: user=0.08 sys=0.01, real=0.03 secs] [CMS-concurrent-abortable-preclean-start] [CMS-concurrent-abortable-preclean: 1.300/1.339 secs] [Times: user=2.73 sys=0.48, real=1.34 secs] [GC [YG occupancy: 450411 K (943744 K)] 3506541.032: [Rescan (parallel) , 0.0495870 secs] 3506541.082: [weak refs processing, 0.0663520 secs] [1 CMS-remark: 5506743K(7340032K)] 5957154K(8283776K), 0.1211210 secs ] [Times: user=0.46 sys=0.00, real=0.12 secs] [CMS-concurrent-sweep-start] [CMS-concurrent-sweep: 0.288/0.288 secs] [Times: user=0.92 sys=0.18, real=0.29 secs] [CMS-concurrent-reset-start] [CMS-concurrent-reset: 0.017/0.017 secs] [Times: user=0.03 sys=0.01, real=0.02 secs] |
이 시리즈의 part 7에서 알아봤듯이, 풀GC들은 CMS 컬렉터가 재시간에 CMS 주기가 완료되지 않으면 발생 될 수 있다. 만약 그게 발생하면, GC 로그는 추가적으로 풀GC 발생 원인이 무엇인지와 같은 힌트를 포함한다. 예를들어, “concurrent mode failure” 와 같은.
이 기사를 짧게 유지하기 위해서, 나는 CMS 컬렉터 GC 로그의 상세한 설명을 자제할 것이다. 또, 실제 컬렉터 작성자중에 한분이 여기에 이미 훌륭한 설명을 발표했다. 나는 이것을 읽기를 강력히 추천한다.
-XX:+PrintGCTimeStamps and -XX:+PrintGCDateStamps
이것은 (단순하게 혹은 상세하게) GC 로그에 시간과 날짜 정보를 추가하는게 가능하다. -XX:+PrintGCTimeStamps 에서 timestamp 은 JVM이 시작된 이후에 초단위로 흐른 실제시간을 반영하도록 매 라인마다 추가된다. 예를들어
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0,185: [GC 66048K->53077K(251392K), 0,0977580 secs] 0,323: [GC 119125K->114661K(317440K), 0,1448850 secs] 0,603: [GC 246757K->243133K(375296K), 0,2860800 secs] |
그리고 -XX:+PrintGCDateStamps 를 지정하면 로그가 쓰여질때에 각 시작 라인이 절대 날짜와 시간을가지고 시작된다.
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2014-01-03T12:08:38.102-0100: [GC 66048K->53077K(251392K), 0,0959470 secs] 2014-01-03T12:08:38.239-0100: [GC 119125K->114661K(317440K), 0,1421720 secs] 2014-01-03T12:08:38.513-0100: [GC 246757K->243133K(375296K), 0,2761000 secs] |
두가지 출력이 좋아보이면, 두 플래그 조합이 가능하다. 나는 항상 두가지 플래그를 지정하도록 권하는데, 그러한 정보는 다른 소스들로부터 데이터를 가지는 GC 로그 데이터를 연관시키기위해 매우 유용하다.
-Xloggc
기본적으로 GC 로그는 stdout 에 쓰여진다. 대신 -Xloggc:<file> 로 우리는 출력 파일을 지정할 수 있다. 주목할 것은 이 플래그는 -XX:+PrintGC 과 -XX:+PrintGCTimeStamps 처럼 묵시적으로 지정한다. 역시, 나는 필요하다면 이러한 플래그들을 명시적으로 지정하길 권하는데, 새로운 JVM 버전들에 예기치않은 변화로부터 여러분들로부터 보호해준다.
“Manageable” Flags
자주 논의되는 것중에 프로덕트 시스템에 JVM에 GC 로깅을 활성화해야하느냐 마느냐 하는 것이다. GC 로깅의 오버헤드는 보통 매우 적다라는데 나는 분명히 “yes”다. 하지만, 이것은 JVM이 시작할때에 우리는 GC 로깅에 대한 고민을 할 필요가 없다건 좋은 것이다.
HotSpot JVM 은 “manageable”이라 불리우는 특별한(하지만 아주 작은) 카테고리 플래그들을 가진다. 관리 플래그들에 대해 런타임으로 그들의 값을 변경하는 것이 가능하다. 여기서 논의한 모든 플래그들과 “PringGC” 로 시작하는것들이 “manageable” 카테고리에 속한다. 따라서, 우리는 실행중인 JVM에서 우리가 원할때마다 언제든지 GC 로깅을 활성화하거나 비활성화할 수 있다. 관리 플래그들을 지정하기 위해서 우리는 JDK에 포함된 jinfo 를 사용하거나 JMX 클라이언트와 HotSpotDiagnostic MXBean 의 연산인 setVMOption를 호출해 가능하다.
유용한 JVM 플래그들 – Part 7 (CMS Collector)
HotSpot JVM의 CMS 컬렉터(The Concurrent Mark Sweep Collector)는 주요한 목표중에 하나를 가진다: 낮은 애플리케이션 일시정지 시간. 이 목표는 웹 애플리케이션과 같은 대부분의 상호작용 애플리케이션들에게 중요하다. 관련된 JVM 플래그들을 살펴보기전에, 짧막하게 CMS 컬렉터 운영과 이것을 사용할때에 부닥치게될 주요 이슈들에대한 요점을 다룰것이다.
처리량 컬렉터와 같이, CMS 컬렉터는 old generation 에서 객체들을 다루지만 그 운영방식은 훨씬더 복잡하다. 처리량 컬렉터는 늘 애플리케이션 쓰레드들을 잠시 멈추게하지만, 아마도 적지않은 시간, 그 시간을 애플리케이션이 안전하게 무시할수 있도록 한다. 그와 대조적으로, CMS 컬렉터는 대부분 애플리케이션 쓰레드들과 동시적으로 실행되도록 디자인되었고 아주 적은(혹은 짧은) 잠시 정지시간만 발생시킨다. 응용프로그램과 동시에 GC를 실행하는 단점은 다양한 동기화와 데이터 불일치 이슈를 발생시킨다. 안전성과 현재 동시성 실행을 당성하기 위해서 CMS 컬렉터의 GC 사이클은 많은 연속된 단계들로 나뉜다.
Phases of the CMS Collector
CMS 컬렉터의 GC 주기는 6단계로 구성된다. 네가지단계는(“Concurrent” 로시작하는 이름을 가진) 실제 애플리케이션에 동시에 실행되는 반면에 두단계는 애플리케이션 쓰레드들이 정지한다.
- 표기 초기화(Initial Mark): 애플리케이션들은 그들의 객체 참조들을 수집하기 위해 잠시 멈춘다. 이것이 끝났을때, 애플리케이션 쓰레드들은 다시 시작된다.
- 동시적 표기(Concurrent Mark): 1단계에서 수집된 객체 참조들로부터 시작해서, 모든 다른 참조되는 객체들까지 하게된다.
- 동시적 전세정(Concurrent Preclean): 두번째 단계가 실행되는 동안 애플리케이션 쓰레드에 의해서 만들어진 객체 참조에서 변경사항은 두번째 단계로부터 결과를 갱신하는데 사용되어진다.
- 다시표기(Remark): 세번째 단계처럼 역시 동시에 발생한다. 게다가 객체 참조에 변화가 발생한다. 따라서, 애플리케이션 쓰레드는 어카운트를 업데이트하는 동안 한번 이상 정지되고 실제 청소작업이 발생되기전에 참조된 객체의 정확한 뷰를 보장한다. 이 단계는 필수적인데, 여전히 참조되는 객체를 수집하는걸 피해야 하기 때문이다.
- 동시적 청소(Concurrent Sweep): 더 이상 참조되지 않는 모든 객체들은 힙에서 제거된다.
- 동시적 리셋(Concurrent Reset): 컬렉터는 다음 GC를 시작할때 클린 상태를 위해서 어떤 집청소 작업(housekeeping work)를 한다.
흔히 잘못 생각하는 것이 CMS 컬렉션은 애플리케이션에 대해서 전체적으로 동시적으로 실행된다고 여기는 것이다. 동시적 단계와 비교했을때 stop-to-world 단계조차도 일반적으로 매우 짧기때문에 그렇지 않다는것을 봤다.
또 주목해야 하는 것이, CMS 컬렉터가 old generation GC에 대해서 대부분 동시적 솔루션을 제공한다 하더라도, young generation GC들은 여전히 stop-to-world 접근법을 사용해 다루어진다. 이렇게하는 이론적 근거는 young generation GC들은 일시 정지 시간이라는게 상호작용 애플리케이션에서조차 만족할만큼 전통적으로 충분히 짧다는 것이다.
Challenges
실제 세계의 애플리케이션에서 CMS 컬렉터를 사용할때, 우리는 튜닝을 위한 요구사항을 만들때에 두가지 주요한 도전에 직면한다.
- 힙 파편화(Heap fragmentation)
- 높은 객체 할당 비율(High object allocation rate)
힙 파편화는 발생 가능한데, 처리율 컬렉터와 다르게, CMS 컬렉터는 단편화(defragmentation)를 위한 어떤 메커니즘도 포함하지 않는다. 결과적으로 총 힙 공간이 꽉찬것과 상관없이 객체할당을 할 수 없는 상황을 애플리케이션 스스로 찾아야할지 모른다. – 이는 객체를 수용하기 위해 이용 가능한 연속 메모리 영역이 없기 때문이다. 이러한 일이 발생하면, 동시성 알고리즘은 더이상 도움이 안되며 따라서, 최후의 수단으로, JVM은 전체 GC(Full Gc)를 발생시킨다. 전체 GC는 처리량 수집기에 의해 사용 된 알고리즘을 실행하는 것을 상기하면 파편화 이슈는 해결된다. – 그것은 또한 애플리케이션을 정지시킨다. 따라서, CMS 컬렉터가 가지고온 모든 동시성 이면에는 여전히 긴 stop-to-world 일시정지가 발생되는 위험이 있다. 이것은 디자인 부분으로(JVM 디자인) 따라서 그것을 바꿀수는 없다. – 우리는 컬렉터를 튜닝함으로써 그 가능성을 줄일 수 있다. 눈에 띄는 stop-to-world 일시정지로부터 100% 안전성을 보장해야만하는 상호작용 애플리케이션에서는 문제가 된다.
두번째 도전은 애플리케이션의 높은 객체 할당 비율이다. 만약 객체 인스턴스화하는 비율이 컬렉터가 힙에서 죽은 객체를 제거하는 비율보다 아주 높다면 동시적 알고리즘은 여러번 실패한다. 어떤점에서, old generation은 young generation 에서 승격된 객체를 수용할 충분히 활용가능한 공간이 없을 것이다. 이러한 상황은 “concurrent mode failure” 라고하며 JVM은 힙 파편화때와 마찬가지로 움직인다. 바로 전체 GC.
이러한 시나로중에 하나가 실제로 일어날때를보면 (공교롭게도 실제 프로덕트 시스템에서도 일반적으로 발생한다), old generation 에 불필요한 엄청난 양의 객체들이 그곳에 존재한다는 것이 판명된다. 한가지 가능한 대책은 old generation 으로 짧게 사는 객체들의 조기 승격을 방지하기 위해 young generation 을 증가시키는 것이다. 다른 해결책은 프로파일러(profiler)을 사용하거나 운영중인 시스템의 힙 덤프를 얻어 과도한 객체할당에 대해서 객체들을 규명하고 애플리케이션을 분석해서 최종적으로는 많은 양의 객체할당을 줄이는 것이다.
다음으로 우리는 CMS 컬렉터 튜닝을 위해 활용가능한 적절한 JVM 플래그들에 대해서 살펴볼 것이다.
-XX:+UseConcMarkSweepGC
이 플래그는 애초에 CMS 컬렉터를 활성화하기 위해 필요하다. 기본적으로, HotSpot 은 처리율 컬렉터를 대신 사용한다.
-XX:+UseParNewGC
CMS 컬렉터를 사용할때, 이 플래그는 다중 쓰레드를 사용해 young generation GC의 parallel 실행을 활성화한다. 아마도 컨셉상 young generation GC 알고리즘에서 사용되는 것과 같기때문에 처리량 컬렉터에서 봤던 -XX:+UseParallelGC 플래그를 다시 사용하지 않는다는데 놀랄 것이다. 하지만, young generation GC 알고리즘과 old generation GC 알고리즘의 상호작용이 CMS 컬렉터에서 다르며 young generation 에서의 구현은 서로 달라 결국 이 둘 플래그는 다른 것이다.
주목할 것은 현재 JVM 버전에서 -XX:+UseConcMarkSweepGC를 지정하면 자동적으로 -XX:+UseParNewGC가 활성화 된다. 결과적으로, 만일 parallel young generation GC가 매력적이지 않다면 -XX:-UseParNewGC 세팅함으로써 비활성화할 필요가 있다.
-XX:+CMSConcurrentMTEnabled
이 플래그를 지정하면, 동시적 CMS 단계는 다중 쓰레드로 동작한다. 따라서 다중 GC 쓰레드는 모든 애플리케이션 쓰레들에서 parallel에서 작동한다. 이 플래그는 이미 기본값으로 활성화된다. 만약 serial 실행이 더 바람직하다면, 하드웨어 사양을 고려했을때, 다중 쓰레드 실행은 -XX:-CMSConcurrentMTEnabled 를 통해서 비활성화될 수 있다.
-XX:ConcGCThreads
-XX:ConcGCThreads=<value> 플래그는 (이전 버전에서 -XX:ParallelCMSThreads 으로 알려진) 동시적 CMS 단계가 동작할때에 사용할 쓰레드 개수를 정의한다. 예를들어, 값이 4면 CMS 주기의 모든 동시적 단계는 4개의 쓰레드를 사용해 동작한다는 뜻이다. 비록 높은 쓰레드의 개수가 동시적 CMS 단계의 속도를 높여줄수 있지만 추가적으로 동기화 오버헤드를 발생시킨다. 따라서 특정 애플리케이션을 다룰때, CMS 쓰레드의 수의 증가가 실제로 성능향상을 가지고 오는지 그렇지 않는지를 측정해야만 한다.
만일 이 플래그를 명시적으로 지정해주지 않으면 JVM은 처리량 컬렉터에서 알려진 -XX: ParallelGCThreads 플래그 값에 기반에 기본값 parallel CMS 쓰레드 수를 계산한다. 사용된 계산 공식은 ConcGCThreads = (ParallelGCThreads + 3)/4 이다. 따라서 CMS 컬렉터에서, -XX:ParallelGCThreads 플래그는 stop-to-world GC 단계에서만 영향을 주는게 아니라 동시성 단계에서도 영향을 준다.
요약을 하자면, CMS 컬렉터 실생에 다중쓰레드 설정을 위한 몇가지 방법이 있다. 이렇게 말하는 이유는, 먼저 CMS 컬렉터의 기본 세팅값을 사용해보고 튜닝이 필요하면 먼저 측정을하도록 권고하기 때문이다. 프로덕트 시스템에서(혹은 프로덕트와 유사한 테스트 시스템에서) 측정이 애플리케이션의 목표로하는 일시 정지 시간에 도달하지 않았다면 이러한 플래그를 통한 GC 튜닝은 고려해볼만 하다.
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
처리량 컬렉터는 힙이 꽉 찼을때만 GC 주기를 시작한다. 예를들어, 새로운 객체를 할당할 공간이 없거나 객체를 old generation으로 승격시킬 공간이 없을때. CMS 컬렉터에서는 동시적 GC 동안에도 애플리케이션이 동작중여야하기 때문에 오랜시간을 기다리면 안된다. 따라서, 애플리케이션이 out of memory 되기전에 GC 주기를 끝내기 위해서 CMS 컬렉터는 처리량 컬렉터보다 일찍 GC 주기를 시작할 필요가 있다.
서로 다른 애플리케이션이면 객체 할당 패턴도 서로 다르며, JVM은 실제 객체 할당 및 비할당에 대한 런타임 통계를 수집하고 CMS GC 주기를 언제 시작할지 결정할때 사용한다. 이 과정을 부트스랩기, JVM은 첫번째 CMS 실행을 시작할때 힌트를 획득한다. 그 힌트는 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<value> 통해서 퍼센트로 old generation 힙 공간의 사용량으로 표시되어 지정될 수 있다. 예를들어 값이 75면 old generation의 75%를 획득했을때에 첫번째 CMS 주기를 시작하라는 의미다. 전통적으로 CMSInitiatingOccupancyFraction 의 기본값은 68 이다. (오랫동안 경험을 통해 얻은 수치다)
-XX+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
우리는 런타임 통계에 기반해 CMS 주기를 시작할지 결정하지 않도록 JVM 에게 지시하기 위해 -XX+UseCMSInitiatingOccupancyOnly 를 사용할 수 있다. 대신, 이 플래그가 활성화된 때에, JVM은 첫음 한번만이 아닌 매번 CMS주기에서 CMSInitiatingOccupancyFraction 값을 사용한다. 그러나, 대부분의 경우 JVM이 우리 인간보다 GC 의사결정을 좀 더 잘한다는 것을 염두에 둬야 한다. 따라서, 이것은 합당한 이유가(ex, 측정을 통해 데이터를 얻었을때에) 있을때 뿐만아니라 애플리케이션에 의해서 생성된 객체의 생명주기에대해서 실제로 좋은 지식을 가지고 있는 경우에 이 플래그를 사용해야 한다.
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
처리량 컬렉터와 비교해, CMS 컬렉터는 기본적으로 permanent generation 에 GC를 수행하지 않는다. 만약 permanent generation GC가 필요하다면, -XX:+CMSClassUnloadingEnabled 통해서 활성화될 수 있다. 이전버전의 JVM에서는 추가적으로 -XX:+CMSPermGenSweepingEnabled 플래그 지정이 필요했었다. 주의할 것은, 이 플래그를 지정하지 않는다하더라도, 공간이 부족하게 되면 permanent generation 의 가비지 컬렉트를 시도할 것이지만 컬렉션은 동시적으로 수행되지 않을 것이다. – 대신, 다시 한번, 전체 GC가 동작할 것이다.
-XX:+CMSIncrementalMode
이 플래그는 CMS 컬렉터의 점진적 모드(incremental mode)를 활성화 한다. 점진적 모드는 애플리케이션 쓰레드에 완전히 양도(yield)되도록 동시적 단계를 주기적으로 잠시 멈추게 한다. 결론적으로, 컬렉터는 전체 CMS 주기를 완료시키기 위해서 아주 오랜시간을 가질 것이다. 따라서, 점진적 모드 사용은 일반적인 CMS 사이클에서 동작중인 컬렉터 쓰레드가 애플리케이션 쓰레드와 아주 많이 간섭이 발생되고 있다고 측정되어질경우에 유효하다. 이것은 동시적 GC 수용을 위해 충분한 프로세스를 활용하는 현대 서버 하드웨어에서 아주 드물게 발생된다.
-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent 와 -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloadsClasses
오늘날, 가장 폭 널게 받아들여지는 최고의 기술은 애플리케이션에서 System.gc() 호출에 의해서 명시적으로 호출되는 GC를 차단하는 것이다. 이러한 조언이 사용되어지는 GC 알고리즘과 관련이 없다고 생각하고 있는데, CMS 컬렉터를 사용하고 있을때에 시스템 GC는 기본적으로 전체 GC를 발생시키는 아주 않좋은 이벤트이기 때문에 언급하고 넘어간다. 운좋게도, 기본 행동을 바꿀수 있는 방법이 있다. -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent 플래그는 JVM이 시스템 GC 요청이 있을때마다 전체GC 대신 CMS GC를 실행하도록 지시한다. 두번째 플래그인 -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloadsClasses 는 시스템 GC가 요청될 경우에 추가로 permanent generation 을 CMSGC에 포함하도록 해준다. 따라서, 이러한 플래그의 사용으로, 우리는 예기치못한 시스템GC의 stop-to-world에 대해서 우리 스스로 보호할 수 있다.
-XX:+DisableExplicitGC
CMS 컬렉터 주제를 다루는 동안, 어떤 타입의 컬렉터를 사용하던지간에 시스템 GC 요청을 완벽하게 무시하도록 JVM에게 지시하게하는 -XX:+DisableExplicitGC 플래그를 언급할 좋은 기회다. 필자에게, 이 플래그는 더 이상 생각할 필요도 없이 모든 JVM 운영에서 안전하게 지정되어질수 있도록 기본 플래그 세트에 포함된다.
유용한 JVM 플래그들 – Part 6 (Throughput Collector)
실제로 우리가 찾은 대부분의 애플리케이션 영역에서, 가비지 컬렉션(GC) 알고리즘은 두가지 기준에 따라 평가되어져 왔다.
- 보다 높은 처리율을(throughput) 달성하기 위한 좀 더 나은 알고리즘
- 결과적으로 좀 더 적은 일시 정지시간을(pause times) 가지는 좀 더 나은 알고리즘
먼저, 우리는 GC 맥락에서 “일시 정지시간” 과 “처리율” 말을 명확하게 할 필요가 있다. JVM은 항상 전용의 쓰레드에서, “GC 쓰레드”라 부르는, GC를 수행한다. GC 쓰레드가 활성화될때마다, 그들은 활용할 프로세서와 CPU 시간을 가지고 활동적인 “application 쓰레드”들과 경쟁한다. 조금 단순화하면, 우리는 애플리케이션 쓰레드들이 실행중일때에 전체 프로그램 실행 시간의 일부분으로 “처리율”을 생각한다. 예를들어, 99/100 이라는 처리율은 평균 애플리케이션 쓰레드들이 100분의 99초 프로그램 실행 시간을 가지고 작동했고 반면에 GC 쓰레드들은 오직 동일한 시간범위동안 1초만 가지고 동작했을 뿐이다.
“일시정지시간(pause time)“이라는 용어는 GC 쓰레드로 인해서 애플리케이션 쓰레드가 완변하게 일시정지되어지는 시간범위를 말한다. 예를들어, GC 동안 100ms 의 일시정지 시간은 100ms 마다 애플리케이션 쓰레드가 활성화되지 않았다는 것이다. 만약 우리가 동작중인 애플리케이션에대해 100ms의 “평균 일시 정지시간(average pause time)“으로 용어를 말하면 관측되는 그러한 애플리케이션에 모든 정지 시간이 평균 100ms 길이를 가진다는 뜻이다. 비슷하게, 100ms 의 “최대 일시 정지시간(maximum pause time)“은 100ms 보다 큰 일시 정지시간이 관측되지 않았다는 뜻이다.
Throughput vs. pause times
높은 처리율은 애플리케이션의 최종 사용자가 느끼기에 애플리케이션 쓰레드들이 상용제품처럼 작동하는 것이기 때문에 매력적이다. 직관적으로, 만약 처리율이 아주 높다면 애플리케이션이 좀 더 빠르게 동작한다. 낮은 일시 정지시간들 또한 매력적이다. 왜냐하면 최종 사용자 관점에서 행(hanging)이 걸린 애플리케이션은 GC 나 다른 이유에 의해서 발생되어진 것과 상관없이 항상 원하지 않는다. 애플리케이션 타입에 따라서, 200ms의 짧은 일시 정지시간조차도 최종 사용자의 경험을 방해할 수 있다. 따라서, 특히나 대화형 애플리케이션에서 낮은 최대 정지시간을 가지는 것은 중요하다.
불행하게도, “높은 처리율(high throughput)” 과 “낮은 일시 정지시간(low pause times)“은 같은 목적을 가지는 경쟁관계에 있다. 다시 명확하게하기 위해서 아주 단순화한 방법으로 생각해보자. GC는 안전하게 실행되기 위해서 어떤 전제조건이 필요하다. 예를들어, 애플리케이션 쓰레드들은 객체들의 상태를 변경하지 않도록 보장되어야 하는 반면에 GC 쓰레드들은 어떤 객체들이 아직도 참조되어 있는지 아닌지를 결정하기위해서 노력한다. 이러한 이유 때문에, 애플리케이션 쓰레드들은 반드시 GC 동안 정지된다.(혹은 사용되어지는 알고리즘에 따라, 특정 GC 단계중에서만 애플리케이션 쓰레드는 정지된다.) 하지만 이것은 쓰레드 스케줄링에 있어서 추가적인 비용이 발생한다. 컨텍스 스위치(context switches)를 통한 직접 비용과 캐쉬 영향으로 발생되는 간접비용. 이것은 각 GC가 어떤 무시할수 없는 오버헤드를 포함하는 추가적인 JVM 내부 안전에 대한 비용을 포함해 그들이 실제 작업을 수행하는 GC 쓰레드가 소비하는 시간을 추가할지를 측정한다. 따라서, 우리는 가능한한 GC를 적게 실행시킴으로써 최대 처리율을 달성할 수 있지다. i.e., only when it is unavoidable, to save all the overhead associated with it.
그러나, GC의 빠르게만 실행하기는 GC가 동작할때마다, 그동안 힙에 축적된 객체 수가 더 높아질때마다, 더많은 작업을 해야한다는 뜻이다. 단일 GC는 완료될때까지 아주 높은 평균과 최대 일시 정지시간을 야기시켜 좀 더 많은 시간이 소요된다. 따라서, 낮은 일시 정지 시간에서, 각 단일의 동작이 더 빨리 완료되도록 자주 GC를 실행하는 것이 바람직 할 것이다. 이것은 추가적인 오버헤드를 동반하고 처리율을 떨어트리고 우리는 다시 원점으로 되돌아 오게된다.
요약하면, GC 알고리즘을 사용하거나 디자인할때에 우리는 목적이 무엇인지를 결정해야 한다: GC 알고리즘 두 목적중에 하나만(최대 처리율이나 최소 일시 정지시간에 맞춰) 타켓으로하거나 그들사이에 타협점을 찾기위해 노력해야 한다.
Garbage collection on the HotSpot JVM
우리는 이미 young generation GC 에 대해서 part 5 에서 논의했었다. old generation 에 대해서, HotSpot JVM은 주요하게 두가지 클래스의 GC 알고리즘을 제공한다. (지금은 새로운 G1 GC 알고리즘을 따로 두고) 첫번째 클래스는 최대 처리율을 위해 노력해는 알고리즘이고 두번째는 최소 일시정지 시간을 위해 노력하는 알고리즘이다. 오늘은 첫번째에 포커스를 맞춘다. “처리율 지향(throughput-oriented)” 클래스.
우리는 설정 플래그들에 초점을 맞추길 원하는대로, 나는 HotSpot 에서 제공되어지는 처리율 지향 GC 알고리즘의 짧은 개요을 제공할 것이다. Old generation 에서 메모리 공간이 부족해 객체할당이 실패할때 GC 알고리즘은 작동된다.(일반적으로, “메모리 할당”은 young generation 에서 객체 승격(Old generation 으로)이다.) “GC roots” 로 부르는 것부터 시작하면, GC는 힙에서 도달한 객체를 찾고 살아있다고 표시한다. 나중에 GC는 그들이 싱글, 파편화되지 않는 메모리 블록을 회득하기위해(역주, 이게 뭔소린지 모르겠다. 싱글을 획득한다…), 살아있는 객체를 Old generation 으로 이동시키고 나면 남아있는 메모리 영역은 해제된다. 거기다 young generation GC 알고리즘 동작처럼 다른 힙 영역에서는 복사 전략을 따르지 않는다. 반면에 같은 힙 영역에서 모든 객체는 비파편화된채 유지된다. 컬랙터들은 GC 성능을 위해서 하나 혹은 그 이상의 스레드들을 사용한다. 하나 이상의 쓰레드를 사용할때, 알고리즘의 다른 단계들은 다른 GC를 방해하지 않도록 각각의 GC 쓰레드는 주로 자체 영역에서 작동하도록 세분화된다. GC 중에, 모든 애플리케이션 쓰레드들은 일시정지되어지고, GC가 끝났을때에만 재시작되어진다. 이제 우리는 처리율 지향의 GC 알고리즘과 관련있는 아주 중요한 플래그들을 살펴보자.
-XX:+UseSerialGC
우리는 단일 쓰레드버전의 처리율 지향 가비지 컬렉터인 serial 를 활성화기위해 이 플래그를 사용한다. young generation 과 old generation GC 모두 단일 GC 쓰레드만으로 실행되어질 것이다. 이 플래그는 오직 단일 프로세서 코어만 사용하는 JVM에서만 권장되어져 왔다. 이러한 상황에서, 다중 GC 쓰레드를 사용하는것은 역효과를 가지고 오는데 그 이유는 이러한 쓰레드들은 CPU 자원을가지고 경쟁을 하고 동기화 오버헤드를 유발시키기 때문에 실전에서는 절대로 동작하지 않는다.
-XX:+UseParallelGC
이 플래그에서, 우리는 다중GC 쓰레드를 사용하기위해서 다중으로 young generation GC를 실행하도록 JVM에게 요청한다. java 6 에서, 내 의견으로는, -XX:+UseParallelOldGC를 사용하는게 더 낫기때문에 이 플래그는 사용해서는 안된다. java 7 에서는 조금 바뀌었는데 -XX:+UseParallelGC 가 -XX:+UseParallelOldGC 와 같은 효과로 사용되어질 수 있기 때문이다.
-XX:+UseParallelOldGC
이 플래그의 이름은 “old” 가 마치 “deprecated” 처럼 들려서 조금 안스럽다. 그러나, “old”는 실제로 old generation 을 가르기 때문에 -XX:+UseParallelOldGC가 왜 -XX:+UseParallelGC보다 더 바람직한지를 설명해준다: 추가로 parallel young generation GC는 parallel old generation GC를 또한 활성화한다. 나는 사용이 높은 처리율이 필요하고 JVM이 두개 이상의 다중 코어를 사용할때라면 이 플래그 사용을 권고한다.
참고로, 처리율 지향 HotSpot GC 알고리즘의 다중(parallel) 버전들은 다중 실행(parallel execution)을 통해서 처리율을 증가시키는데 목적이 있기 때문에 자주 “throughput collectors” 이라고 부른다.
-XX:ParallelGCThreads
-XX:ParallelGCThreads=<value> 에서 우리는 다중 GC를 위해 사용되어질 GC 스레드의 수를 지정할 수 있다. 예를들어, -XX:ParallelGCThreads=6 에서 각 다중GC는 6의 쓰레드를가지고 실행되어질 것이다. 만약 이 플래그를 명시적으로 지정하지 않으면, JVM은 활용가능한 프로세서들의 수를 기반으로 계산한 기본값을 사용한다. 이것을(기본 값) 결정하는 요인은 Runtime.availableProcessors() 자바 메소드에 의해서 리턴된 N 값이다. N ⇐ 8 다중 GC는 그것을 다 사용한다. 그래서 N GC 쓰레드라고 한다. 그런데 N>8 활용가능한 프로세서들이 있다면 GC 쓰레드의 수는 3+5N/8 로 계산되어진다.
기본값을 사용하는것은 JVM이 프로세서나 시스템을 독점적으로 사용할때에 대부분 적합하다. 하지만, 만약 같은 머신에서 하나 이상의 JVM나 부족한 CPU에서 모두 돌리고 있다면, GC 쓰레드의 수를 줄이기 위해서 적절한 값으로 -XX:ParallelGCThreads 를 사용해야 한다. 예를들어, 4개 서버 JVM이 16개 프로세서 코어를 가진같은 머신에서 동작중이라면, -XX:ParallelGCThreads=4 는 다른 JVM 의 GC와 상호간섭이 일어나지 않기 위해서 적절한 선택이다.
-XX:-UseAdaptiveSizePolicy
처리율 컬렉션들은 GC설정에서 사용자 친화성을 향상시키기 위한 흥미로운(하지만 일반적인, 적어도 현대 JVM에서는) 메커니즘을 제공한다. 이 메커니즘은 java 5에서 HotSpot 를 위해서 소개된 “인체공학”이라고 알려진 일부분이다. 인체공학에서, 가비지 컬렉터는 GC세팅들과 마찬가지로 변경들이 GC성능을 향상시킬수 있다는 증거가 있다면 동적으로 다른 힙 영역의 크기에 변경을 가할 수도 있다. “GC 성능 향상”의 엄밀한 의미는 -XX:GCTimeRatio 와 -XX:MaxGCPauseMillis 를 통해 사용자에 의해서 지정되어질 수 있다.
인체공학이 기본적으로 활성화된다는 것을 알고 있는게 중요하다. 적응적인 행동(역주, 아마도 JVM이 시스템을 감지해 그것에 걸맞게 플래그 세팅값을 자동으로 세팅하는 것을 말하는것 같다) 처럼 인체공학은 JVM의 가장 강력한 기능중의 하나이다. 여전히, 가끔은 특정 애플리케이션에 최적인 세팅이 무엇인지를 아주 명확한 생각을 가져야 하고, JVM이 우리의 세팅을 나잡하게 하는걸 원하지 않는다. 이런 상황에서, 우리는 -XX:-UseAdaptiveSizePolicy 세팅을 통해서 몇몇의 인체공학의 비활성화를 고려해야 한다.
-XX:GCTimeRatio
-XX:GCTimeRatio=<value> 은 처리율 달성을 위해서 목표값을 JVM에 설정할 수 있다. 더 정확하게, -XX:GCTimeRatio=N 값은 애플리케이션 쓰레드의 실행시간에(총 프로그램 실행 시간과 연관된) 대해 N/(N+1)의 목표비율을 지정한다. 예를들어 -XX:GCTimeRatio=9 우리는 애플리케이션 쓰레드들이 적어도 총 실행시간의 9/10 을 활성화하게 요구할 수 있다. (그리고, 따라서, 나머지 1/10 이 GC 쓰레드들이다.) 실행시간에 측정을 바탕으로, JVM은 목표 처리량에 도달되도록 힙 및 GC 설정을 수정하려고 할 것이다. -XX:GCTimeRatio 기본값은 99인데, 애플리케이션 쓰레드들은 적어도 총 실행시간에 99퍼센트에 대해 실행한다.
-XX:MaxGCPauseMillis
플래그 -XX:MaxGCPauseMillis=<value>는 JVM에게 최대 일시정지 시간을 목표값(밀리초)으로 설정하도록 한다. 런타임에서, 처리율 컬렉터는 일시 중지 시간을 통해 통계를(가중 평균 및 표준 편차) 계산한다. 만일 통계가 목표값을 초가해 일시 정지시간을 경험할 위험이 있다고 제안하면, JVM은 그들을 줄이기 위해서 힙과 GC 세팅을 수정한다. 한가지 유의할 점은 통계는 young 과 old generation GC 별로 계산되어진다. 또 기본적으로 최대 정지 시간을 설정하는 목표값은 없다.
만일 최대 정지시간과 최소 처리율에 대한 목표값을 지정하면, 최대 일시 정지 시간 목표를 달성하는 것에 우선순위를 더 높게 가진다. 물론, JVM이 열심히 노력한다고 하더라도 양쪽 모두 목표 달성을 보증하지는 않는다. 결국, everything depends on the behavior of the application at hand
최대 일시 정지 시간 목표를 설정했을때, 우리는 너무 작은 값을 선택하지 않도록 주의해야 한다. 우리는 지금까지 알고 있듯이, 일시정지 시간을 낮게 유지하기 위해, JVM은 달성할수있는 처리량에 심각하게 영향을 주는 총 GC 갯수를 증가시켰다. 그것은 애플리케이션이 주요 목표처럼, 마치 웹 애플리케이션의 경우처럼, 낮은 일시정시간을 요구하기 때문에 나는 처리율 컬렉터만 사용하길 추천하지 않고 대신 CMS 컬렉터로 바꾸길 권한다. CMS 컬렉터는 이 시리즈의 다음번 주제다.