F011 - java.lang.ref

✍️ 이전 시간에 Garbage Collector에 대해 공부하면서 Strong, Weak, Soft, Phantom Reference 에 대해 잠깐 스쳐 지나갔다.

이때, 해당 부분에 대해 자세히 공부하지 못했고, 멘토님께서 static으로 선언된 변수들은 어떻게 GC 처리가 되는지, 어떻게 초기화 할 수 있는지 질문해주셨다.

그래서 이번 시간에는 GC를 수행할 때, 위의 4 가지가 어떤 것인지 알아보는 시간을 가져보자!

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java.lang.ref

Java에서는 객체의 참조에 대한 유형을 4가지로 나누어 구분하고, 각각의 상태에 따라 GC가 해당 객체를 메모리에서 정리해야 할지 안할지를 판단하며, 개발자가 해당 패키지에서 제공하는 클래스를 통해 GC 수행에 어느정도 관여 할 수 있다.

이전에 Garbage Collector에 대해 공부하면서 Reachablilty에 대해 공부했는데, 다시 짚고 넘어가자.

Heap 메모리에 할당된 객체는 Reachable한 객체와 Un-Reachable한 객체로 나뉘며, GC는 다양한 방법을 이용해 Reachable한 객체인지 Un-Reachable한 객체인지 확인하고(Mark), Rechable한 객체는 남겨두고(Sweep) 나머지 객체들은 메모리 상에서 정리한다. (더 깊이 들어가면 Heap 메모리는 Young Generation, Old Generation으로 나뉘고, Young Generation은 또다시 Eden, Survive 1/2 영역으로 나뉜다.)

그렇다면 GC는 어떤 기준으로 객체가 Reachable 한지 Un-Reachable 한지 확인하고 Mark 과정을 수행할까? 그 기준이 바로 Strong, Weak, Soft, Phantom Reachable이다.

Strong Reference

일반적으로 new 생성자를 통해 객체를 생성하면 Strong Reference 참조가 일어난다. 즉, 해당 객체를 다른 메모리 영역에서 참조하거나, Heap 메모리 내에서 해당 객체를 참조하는 경우를 뜻한다.

하지만 만약 A 객체가 Root Set 객체인 B 객체를 참조하지만 A 객체를 참조하는 곳이 없다면 GC에 의해 A 객체는 Un-Reachable로 마크되어 메모리에서 정리된다.

Weak Reference

public class RefTest {
    public static void main(String[] args) {
        WeakReference<RefTest> weak = new WeakReference<>(new RefTest());
        RefTest ref = weak.get();
    }
}

위의 코드를 그림으로 표현하면 다음과 같다. java.lang.ref에서 제공하는 클래스 중 하나로, 참조하고자 하는 객체를 캡슐화해서 제공하기 때문에 Weak Reference는 새롭게 메모리에 할당되면 Strongly Reachable 한 객체이며, 만약 해당 코드의 마지막 줄에 ref 변수를 null로 초기화하면 Weak Reference는 Weakly Reachable한 객체로 바뀐다.

GC는 Weakly Reachable한 객체를 처리할 때 Weak Reference에 의해 캡슐화 된 객체를 null로 설정하면서, Un-Reachable 객체 뿐만 아니라 Weakly Reachable 객체도 쓰레기로 간주해 메모리를 정리한다.

Root Set으로 부터 참조 사슬이 존재함에도 불구하고 GC가 동작하므로 이는 참조는 가능하지만 언제나 유효하지 않는 LRU 캐시와 같은 임시 객체를 쉽게 구현 할 수 있다.

즉, Weak Reference는 대상이 된 객체를 캡슐화하고 GC가 Weak Reference를 Strongly Reachable 객체로 인식하게 하여, 캡슐화된 객체는 메모리 상에서 정리되는 대신에 캡슐화된 객체가 필요할 때 Weak Reference 객체를 통해 캡슐화된 객체를 호출 할 수 있다는 점에서 유용하다.

Soft Reference

Softly Reachable 한 객체, Strongly Reachable이 아니면서 Weak Reachable이나 Phantom Reachable 객체를 참조하지 않고 오직 Soft Reference 객체만 참조하는 경우를 뜻한다.

해당 객체는 특별한 조건에 의해 GC에 관리되는데, Heap 메모리에 남아있는 메모리 크기와 해당 객체의 참조 빈도에 따라 메모리 회수 여부가 결정된다. 때문에 Soft Reference는 Weak Reference에 비해 비해 비교적 오랫동안 메모리에 할당된다.

Phantom Reference

Phantom Reference는 Soft Reference, Weak Reference가 finalize() 된 후에 GC에 의해 처리되는데, 이 때 Soft Reference와 Soft Reference가 finalize() 되었는지 알기 위해서는 ReferenceQueue를 알아야 한다.

ReferenceQueue

Strongly, Weakly, Softly, Phantomly Reachable 객체가 finalize() 되었는지 확인하여 객체들이 GC에 의해 메모리가 회수되기 전 관련 객체에 대한 후처리가 필요할 경우 유용하다. Weakly, Softly Reachable 객체는 GC에 의해 null로 설정되면 ReferenceQueue에 의해서 enqueue()된다. 이 때, poll() 혹은 remove() 메소드를 이용해 해당 객체들이 회수되었는지 확인 할 수 있고, 이에 대한 후처리가 가능하다.

PhantomReference<ReferenceTest> phantom = new PhantomReference<>(new ReferenceTest(), new ReferenceQueue<>());

Phantom Reference는 객체를 생성하기 위해서 무조건 ReferenceQueue를 인자로 받아야 생성 가능한데, Phantom Reference의 get()는 항상 null을 반환하기에 캡슐화된 객체가 Phantomly Reachable 객체로 정해지면 해당 객체는 사용 할 수 없게된다. Phantomly Reachable 객체로 판명된 캡슐화된 객체를 참조하는 객체는 GC가 null로 설정하지 않으면서 해당 객체에 대해 후처리를 처리 할 수 있다. 때문에 Phantomly Reachable 객체를 참조하는 객체는 별도로 clear() 메소드로 메모리 회수 처리를 해주어야 한다.

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🤯 너무 어렵다.
해당 부분을 몇 번을 읽어보아도 이해하기가 너무 어려웠다. 특히나 Phantom.. 이걸 이해해야 고수가 될 수 있는거겠지..?
이번 시간을 통해 개발자가 어느정도 GC에 관여 할 수 있게 되면서 캐시를 구현한다던지 메모리 회수 전 객체에 대한 후처리를 수행 할 수 있다던지 하는 것들을 알게 되었다.

뭔가 완전 다른 세상 이야기같지만!

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참고 사이트

NAVER D2