[로그프레소]/[JAVA] ZGC 기본 개념 알아보기

ZGC(Z Garbage Collector)는 JVM(Java Virtual Machine)에서 Serial -> Parallel -> CMS -> G1 이후에 사용되는 최신의 가비지 컬렉터 중 하나로, 대규모 애플리케이션에서의 낮은 지연 시간과 높은 처리량을 목표로 설계되었습니다. ZGC는 Java11에 처음 도되었으며, 계속해서 개선되고 있습니다. ZGC의 주요 특징과 작동 방식을 상세히 설명드리겠습니다.

 

 

 

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ZGC의 주요 특징

1. 저지연: ZGC는 가비지 컬렉션으로 인한 지연 시간을 매우 짧게 유지하는 것이 특징입니다. 일반적으로 수 밀리초 이내로 유지되며, 이는 대규모 애플리케이션에서 매우 중요한 성능 요소입니다.
2. 대규모 힙 지원: ZGC는 테라바이트 단위의 대규모 힙 메모리까지 지원합니다. 이는 대용량 데이터를 처리하는 애플리케이션에서 매우 유용합니다.
3. 컴팩션 지원: ZGC는 메모리 파편화를 방지하기 위해 메모리 컴팩션을 지원합니다. 컴팩션은 메모리를 재배치하여 더 큰 연속된 메모리 블록을 확보하는 과정입니다.
4. Concurrent Processing: ZGC는 대부분의 가비지 컬렉션 작업을 애플리케이션 스레드와 동시에 수행합니다. 이는 애플리케이션의 성능 저하를 최소화합니다.
5. Colored Pointers: ZGC는 colored pointers라는 독특한 기법을 사용하여 객체의 상태를 관리합니다. 이는 가비지 컬렉션의 효율성을 높이고 지연 시간을 줄이는데 도움을 줍니다.

https://www.packtpub.com/en-us/learning/how-to-tutorials/getting-started-with-z-garbage-collectorzgc-in-java-11-tutorial?srsltid=AfmBOooRaV9k0_d9DMUmdbuobyan5Ad2D4cglChNwnziYUgxo5Eoa82D

 

ZGC는 메모리 단편화를 줄이고 관리 효율성을 높이기 위해 다양한 크기의 메모리 블록으로 Heap을 나누어 사용합니다. 마찬가지로 각 Heap 영역은 서로 다른 역할을 담당합니다.

• Small: 작은 객체들이 할당되는 영역.
• Medium: 중간 크기 객체들이 할당되는 영역.
• Large(N x 2 MB): 큰 객체들이 할당되는 영역. N은 객체 크기에 따라 달라집니다.

 

ZGC는 크게 다음과 같은 단계로 가비지 컬렉션을 수행합니다.

1. Marking(마킹)

• Initial Mark(초기마킹) : 애플리케이션 스레드가 실행 중인 동안 루트 객체들을 마킹합니다.
• Concurrent Mark(동시마킹) : 애플리케이션 스레드와 병렬로 힙 전체를 스캔하여 객체들을 마킹합니다.
• Remark(재마킹) : 최종 마킹 단계로, Concurrent Mark 단계 이후로 변경된 객체들을 다시 마킹합니다.

2. Relocation(이동)

• Concurrent Relocate(동시이동) : 애플리케이션 스레드와 병렬로 살아있는 객체들을 새로운 메모리 영역으로 이동합니다.

3. Cleanup(정리)

• 사용되지 않는 메모리 블록을 회수하여 새로운 객체가 할당될 수 있도록 합니다.

ZGC 장/단점

구분	내용
장점	매우 낮은 지연 시간 대규모 힙 지원 동시성 처리로 인한 애플리케이션 성능 저하 최소화 메모리 파편화 방지
단점	상대적으로 높은 CPU 사용량 초기 설정 및 튜닝이 복잡할 수 있음

ZGC는 낮은 지연 시간이 중요한 대규모 애플리케이션에 적합하며, 최신 JVM 버전에서 사용할 수 있습니다. ZGC를 사용하려면 JVM 옵션으로 -XX:+UseZGC를 지정하여 활성화할 수 있습니다.

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로그프레소에서 기존 JDK11버전에서 JDK21버전으로 변경한 이유가 무엇일까?

 

ZGC는 대규모 힙 메모리를 지원하며, 애플리케이션 스레드와 동시에 가비지 컬렉션을 수행하는 저지연가비지 컬렉터입니다. 기존 G1 GC나 Parallel GC와 비교했을 때, 힙 메모리 크기를 테라바이트 단위까지 확장할 수 있어 대용량 데이터를 다루는 환경에서 뛰어난 성능 향상을 기대할 수 있습니다. 특히, 메모리 압박으로 인해 발생하는 지연 시간을 줄이고, 객체를 동시 마킹·이동하는 과정을 통해 연속적인 메모리 확보 및 컴팩션을 구현합니다. 이를 통해 메모리 관리와 성능 면에서 장점을 제공합니다.

로그프레소 환경에서 JDK 11에서 JDK 21로 전환한 근본적인 이유는 바로 이러한 ZGC의 도입 가능성 때문입니다. JDK 11 시절에는 실질적으로 힙 메모리를 32GB 이상 올리기 어렵고, 그로 인해 대규모 로그 데이터를 조회할 때 속도 저하 문제가 발생했습니다. 하지만 JDK 21에 포함된 ZGC를 사용하면 테라바이트 단위까지 힙 메모리를 확장할 수 있으므로, 애플리케이션이 요구하는 부하나 CPU 코어 수에 맞추어 훨씬 큰 힙 메모리를 활용할 수 있게 됩니다. 그 결과, 많은 컬럼을 가진 데이터나 다량의 동시 쿼리를 처리해야 하는 환경에서도 성능 저하 없이 안정적인 동작이 가능해집니다. 
즉, JDK 업데이트를 통해 힙 메모리 확장성과 저지연 GC 기능이 확보되었고, 이를 통해 로그 조회 속도, 동시 처리 성능, 메모리 활용 효율성이 향상되었기 때문에 JDK버전을 21버전으로 업데이트한 것 같습니다.

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