프로그래밍을 하다 보면 메모리 관리에 대한 고민은 피할 수 없다.
특히 동적으로 객체를 생성하고 사용할 일이 많은 현대 소프트웨어 개발에서는 메모리를 효율적으로 관리하지 않으면 성능 저하나 메모리 누수 문제가 쉽게 발생한다.
이런 문제를 자동으로 해결해 주는 기술이 바로 가비지 컬렉션(Garbage Collection, 이하 GC)이다.
가비지 컬렉션, 즉 GC의 개념, 작동 방식, 종류, 그리고 개발자가 알아야 할 실무 팁까지 살펴보자.
가비지 컬렉션은 프로그램 실행 중 더 이상 사용되지 않는 객체를 자동으로 탐지하고 메모리에서 해제해 주는 기술이다.
C, C++처럼 메모리를 수동으로 관리하는 언어와 달리, Java, C#, Python 등은 GC(Garbage Collection)를 통해 메모리 관리를 자동화하여 개발자의 부담을 줄인다.
가비지(Garbage)는 쓰레기라는 뜻이고, 컬렉션(Collection)은 수집가라는 뜻을 가지고 있다. 쓰레기를 모아서 잘 처리해 준다는 의미에서 가비지 컬렉션이라는 용어가 쓰였다고 보면 된다.
가비지 컬렉션이 왜 중요할까? 가비지 컬렉션은 사실 수동으로 하기 어려운 것을 자동으로 해주는 역할을 해서 굳이 자세히 알 필요가 없을 것 같지만, 가비지 컬렉션에 대한 기본적인 이해와 역할을 알아두면, 분명히 가비지 컬렉션을 사용하는 프로그래밍 언어에서도 도움이 된다.
- 메모리 누수 방지: 사용하지 않는 객체가 계속 메모리에 남아있는 문제를 자동으로 해결해 준다.
- 프로그램 안정성 향상: 메모리 해제를 잘못하면 발생할 수 있는 버그나 충돌을 줄여준다.
- 개발 생산성 증가: 개발자가 메모리 해제를 직접 신경 쓰지 않아도 되므로 코딩에 집중할 수 있다.
GC(Garbage Collection)의 기본 원리는 도달 가능성(reachability) 검사이다.
프로그램 실행 중 현재 사용 중인 객체에서 참조되지 않는 객체를 쓰레기, 즉 가비지로 판단하고 제거한다.
주요 알고리즘은 다음 순서를 참고해 보자.
- 참조 카운팅(Reference Counting) : 각 객체가 몇 개의 참조를 받고 있는지를 저장하고, 참조 수가 0이 되면 메모리에서 해제한다. 단점은 순환 참조(Circular Reference) 문제를 해결하지 못한다.
- 마크 앤 스윕(Mark and Sweep) : GC가 전체 메모리를 스캔하여 살아 있는 객체를 마크하고, 마크되지 않은 객체를 '스윕'하여 제거한다.
- 세대별 수집(Generational Collection) : 객체를 수명에 따라 여러 세대로 나누어 관리하고, 각 세대에 맞는 수집 방식을 적용한다. 대부분의 객체는 생성된 지 얼마 안 되어 소멸하므로, 성능 최적화에 효과적이다.
.NET에서는 CLR이 내장 GC를 통해 메모리를 관리한다.
.NET의 GC는 크게 세 가지 세대로 나뉘어 작동한다.
- 0세대: 새로 생성된 객체가 저장되며, 자주 수집된다.
- 1세대: 0세대를 거쳐 살아남은 객체가 이동된다.
- 2세대: 장기적으로 사용되는 객체가 저장되며, 가장 늦게 수집된다.
또한, 대형 객체는 별도로 관리되는 "LOH(Large Object Heap)"에 저장된다.
GC가 있는 Java나 .NET 계열 프로그래밍 언어에서도 개발자가 주의할 점이 있다. 이 점 때문에, 개발자는 가비지 컬렉션(GC)에 대한 기본적인 이해가 필요하다.
- Dispose 패턴 활용: 외부 리소스(파일, DB 연결 등)는 GC가 관리하지 않으므로 IDisposable 인터페이스를 구현해 명시적으로 해제해야 한다.
- 이벤트 핸들러 해제: 이벤트 구독은 강한 참조를 발생시켜 객체 수거를 방해할 수 있다.
- 메모리 프로파일링: GC 동작을 시각화하여 메모리 누수를 조기에 발견할 수 있다.
특히, 가비지 컬렉션(GC)이 처리하지 못하는 외부 리소스 등의 할당 메모리를 잘 생각해서 관리해야 한다.
가비지 컬렉션은 메모리 관리를 자동화해 개발 효율을 높이는 핵심 기술이다.
그러나 모든 것을 GC에 맡겨서는 안 된다. 기본 원리와 구조를 이해하고, 필요한 경우 명시적인 자원 해제를 병행해야 진정한 의미의 안전한 메모리 관리가 가능하다.
.NET, Java, Python 등 대부분의 현대 언어가 GC를 도입하고 있는 만큼, 개발자라면 반드시 숙지해야 할 필수 개념이다.
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