ZGC(Z Garbage Collector) 개요 및 활용

문서 내 토픽

1. ZGC의 기본 개념

ZGC(Z Garbage Collector)는 Java 11부터 도입된 가비지 컬렉터로, 수백 기가바이트의 힙에서도 밀리초 단위의 매우 짧은 정지 시간(STW: Stop-The-World)을 제공합니다. 기존 G1 GC나 CMS GC와 달리 대규모 시스템에서의 지연 시간 문제를 해결하는 데 초점을 두고 설계되었으며, 안정적인 성능을 보장합니다.
2. ZGC의 핵심 기술

ZGC는 Regionless 구조로 연속적인 가상 메모리 공간을 할당하여 메모리 단편화를 줄입니다. Colored Pointer 기술로 객체의 GC 상태를 포인터에 직접 인코딩하고, Load Barrier 기법으로 객체 접근 시 GC 상태를 자동 검사합니다. 힙을 Young/Old로 나누지 않고 단일 공간에서 관리하여 예측 가능한 GC 성능을 제공합니다.
3. ZGC의 동작 원리

ZGC는 모든 주요 GC 단계를 애플리케이션 실행과 병렬로 수행합니다. Mark 단계에서 살아있는 객체를 식별하고, Relocate 단계에서 객체를 새 메모리로 복사하며, Remap 단계에서 참조를 갱신합니다. 대부분의 과정이 동시성으로 처리되어 정지 시간은 1~2ms 이내로 매우 짧습니다.
4. ZGC 적용 환경 및 옵션

ZGC는 수백 GB의 대용량 힙, 밀리초 단위의 짧은 정지 시간이 필요한 금융, IoT, 대규모 데이터 처리 시스템에 효과적입니다. 주요 옵션으로는 -XX:+UseZGC(활성화), -Xmx/-Xms(힙 크기), -XX:ZUncommitDelay(미사용 힙 반환 대기시간), -XX:+UseLargePages(성능 향상) 등이 있습니다.

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1. ZGC의 기본 개념

ZGC(Z Garbage Collector)는 Java 11부터 도입된 저지연 가비지 컬렉터로, 대규모 힙 메모리 환경에서 매우 효과적입니다. 기존 GC들이 수초 이상의 pause time을 야기했던 반면, ZGC는 10ms 이하의 극도로 짧은 pause time을 보장하여 실시간성이 중요한 애플리케이션에 이상적입니다. 특히 마이크로초 단위의 응답성이 요구되는 금융거래, 온라인 게임, 실시간 데이터 처리 시스템에서 그 가치가 두드러집니다. ZGC의 등장은 Java 애플리케이션의 성능 한계를 크게 확장시켰으며, 대용량 메모리 관리의 새로운 기준을 제시했다고 평가합니다.
2. ZGC의 핵심 기술

ZGC의 핵심 기술인 colored pointers와 load barriers는 혁신적인 메모리 관리 방식을 제공합니다. Colored pointers는 포인터 자체에 객체의 상태 정보를 인코딩하여 별도의 메타데이터 구조 없이 효율적으로 관리하고, load barriers는 메모리 접근 시점에 필요한 작업을 수행하여 pause time을 최소화합니다. 이러한 기술들은 복잡하지만 매우 정교하게 설계되어 있으며, 동시성과 성능의 균형을 탁월하게 달성했습니다. 다만 이러한 고급 기술의 복잡성으로 인해 튜닝과 문제 해결이 상대적으로 어려울 수 있다는 점은 고려할 필요가 있습니다.
3. ZGC의 동작 원리

ZGC는 concurrent marking, concurrent relocation, concurrent remapping의 세 단계로 동작하며, 대부분의 작업을 애플리케이션 스레드와 동시에 수행합니다. 이러한 동시성 기반 설계는 pause time을 획기적으로 단축시키는 핵심 원리입니다. 특히 relocation 단계에서 객체를 이동시키면서도 애플리케이션이 계속 실행될 수 있도록 하는 메커니즘은 매우 정교합니다. 다만 이러한 복잡한 동시 처리로 인해 CPU 오버헤드가 증가할 수 있으며, 멀티코어 환경에서의 최적화가 필수적입니다. 전반적으로 ZGC의 동작 원리는 현대적 GC 설계의 모범 사례라고 평가합니다.
4. ZGC 적용 환경 및 옵션

ZGC는 Linux x64, Windows, macOS 등 다양한 플랫폼을 지원하며, Java 15부터 프로덕션 환경에서 사용 가능합니다. 대규모 힙(수십 GB 이상), 낮은 지연시간 요구, 높은 처리량이 필요한 환경에서 최적의 성능을 발휘합니다. -XX:+UseZGC 옵션으로 활성화하며, -XX:ZUncommitDelay, -XX:ZCollectionInterval 등 다양한 튜닝 옵션을 제공합니다. 다만 모든 애플리케이션에 적합한 것은 아니며, 작은 힙 환경이나 배치 처리 시스템에서는 기존 GC가 더 효율적일 수 있습니다. 따라서 애플리케이션의 특성과 요구사항을 정확히 분석한 후 도입 여부를 결정하는 것이 중요합니다.