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JVM에서 GC 대상 객체를 판단하는 기준

GC(Garbage Collection)는 자바의 메모리 관리 방법의 하나이며, JVM의 힙 영역에서 동적으로 할당했던 메모리 중에서 필요 없어진 객체를 주기적으로 제거하는 것을 의미합니다. GC는 특정 객체가 사용 중인지 아닌지 판단하기 위해서 도달 가능성(Reachability) 라는 개념을 사용하는데요. 특정 객체에 대한 참조가 존재하면 도달할 수 있으며, 참조가 존재하지 않는 경우에 도달할 수 없는 상태로 간주합니다. 이때, 도달할 수 없다는 결론을 내린다면 해당 객체는 GC의 대상이 됩니다.

✔️ 도달 가능성은 어떻게 판단할까? 🤔​

힙 영역에 있는 객체에 대한 참조는 4가지 케이스가 존재합니다.

1) 힙 내부 객체 간의 참조​

힙에 있는 객체 A가 또 다른 객체 B를 내부 필드로 참조하는 경우

class Engine {
    String model = "V8";
}

class Car {
    Engine engine = new Engine(); // 👉 힙 안의 Car가 또 다른 힙 객체 Engine을 참조
}
  • Car 객체와 Engine 객체는 둘 다 힙에 생성됨
  • Car 객체 내부의 engine 필드는 다른 힙 객체(Engine) 를 참조

2) 스택 영역의 변수에 의한 참조​

메서드 안의 지역 변수가 힙 객체를 참조하는 경우

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car(); // 👉 스택 영역의 지역변수 car가 힙 객체를 참조
    }
}
  • car 변수는 main 메서드의 스택 프레임에 위치
  • 실제 Car 객체는 힙에 생성됨 → car는 힙 객체를 참조

3) JNI에 의해 생성된 객체에 대한 참조(네이티브 스택 영역)​

C/C++ 같은 네이티브 코드에서 Java 객체를 참조할 수 있음

public class NativeExample {
    public native void nativeMethod(MyObject obj);

    public static void main(String[] args) {
        MyObject obj = new MyObject();
        new NativeExample().nativeMethod(obj); // 👉 JNI에서 obj를 참조
    }

    static {
        System.loadLibrary("native-lib"); // C에서 obj 접근 가능
    }
}
// native-lib.c (JNI C 코드)
JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeExample_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject thisObj, jobject obj) {
    // obj는 Java 힙 객체를 참조 → JNI Global/Local Reference
}
  • C 코드에서 넘어온 jobject는 JVM 힙 객체를 참조함
  • 이건 JNI Local/Global Reference로 Root Set에 포함됨

4) 메서드 영역의 정적 변수에 의한 참조​

static 변수는 클래스가 로딩될 때 메서드 영역에 올라가며, 힙 객체를 참조할 수 있음

class MyClass {
    static Car SHARED_CAR = new Car(); // 👉 메서드 영역의 static 필드가 힙 객체 참조
}
  • MyClass 클래스는 클래스 로딩 시 메서드 영역에 로드됨
  • SHARED_CAR는 static 이므로 메서드 영역(Class Metadata)에 존재
  • new Car()는 힙에 생성됨 → static 필드가 참조 (GC Root로 부터 참조됨)

📌 1) 힙 내부 객체 간의 참조를 제외한 나머지를 Root Set(현재 살아있는 객체인지 여부를 판단하기 위해, 가비지 컬렉터가 탐색을 시작하는 루트 객체들의 집합)이라고 합니다.

Root Set으로부터 시작한 참조 사슬에 속한 객체들은 도달할 수 있는 객체이며, 이 참조 사슬과 무관한 객체들은 도달하기 어렵기 때문에 GC 대상이 됩니다.

✔️ 개발자가 GC 대상 판단에 관여할 수는 없을까? 🤔​

Origin o = new Origin();
WeakReference<Origin> wo = new WeakReference<>(o);

자바에서는 java.lang.ref 패키지의 SoftReference, WeakReference 클래스를 통해 개발자가 GC 대상 판단에 일정 부분 관여할 수 있습니다. 해당 클래스들의 객체(reference object)는 원본 객체(referent)를 감싸서 생성하는데요. 이렇게 생성된 객체는 GC가 특별하게 취급합니다. SoftReference 객체에 감싸인 객체는 Root Set으로부터 참조가 없는 경우에, 남아있는 힙 메모리의 크기에 따라서 GC 여부가 결정됩니다. 반면, WeakReference 객체에 감싸인 객체는 Root Set으로부터 참조가 없는 경우, 바로 GC 대상이 됩니다.

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