최신이야기 | 브레인즈컴퍼니

메인 페이지로 이동
블로그
최신이야기

블로그

메모리 누수 위험있는 FinalReference 참조 분석하기

김진광 2023.10.12

Java에서 가장 많이 접하는 문제는 무엇이라 생각하시나요? 바로 리소스 부족 특히 ‘JVM(Java Virtual Machine) 메모리 부족 오류’가 아닐까 생각해요.

메모리 부족 원인에는 우리가 일반적으로 자주 접하는 누수, 긴 생명주기, 다량의 데이터 처리 등 몇 가지 패턴들이 있는데요. 오늘은 좀 일반적이지 않은(?) 유형에 대해 이야기해 볼게요!

Java 객체 참조 시스템은 강력한 참조 외에도 4가지 참조를 구현해요. 바로 성능과 확장성 기타 고려사항에 대한 SoftReference, WeakReference, PhantomReference, FinalReference이죠. 이번 포스팅은 FinalReference를 대표적인 사례로 다루어 볼게요.

PART1. 분석툴을 활용해 메모리 누수 발생 원인 파악하기

메모리 분석 도구를 통해 힙 덤프(Heap Dump)를 분석할 때, java.lang.ref.Finalizer 객체가 많은 메모리를 점유하는 경우가 있어요. 이 클래스는 FinalReference와 불가분의 관계에요. 나눌 수 없는 관계라는 의미죠.

아래 그림 사례는 힙 메모리(Heap Memory)의 지속적인 증가 후 최대 Heap에 근접 도달 시, 서비스 무응답 현상에 빠지는 분석 사례인데요. 이를 통해 FinalReference 참조가 메모리 누수를 발생시킬 수 있는 조건을 살펴볼게요!

Heap Analyzer 분석툴을 활용하여, 힙 덤프 전체 메모리 요약 현황을 볼게요. java.lang.ref.Finalizer의 점유율이 메모리의 대부분을 점유하고 있죠. 여기서 Finalizer는, 앞에서 언급된 FinalReference를 확장하여 구현한 클래스에요.

JVM은 GC(Garbage Collection) 실행 시 해제 대상 객체(Object)를 수집하기 전, Finalize를 처리해야 해요.

Java Object 클래스에는 아래 그림과 같이 Finalize 메서드(Method)가 존재하는데요. 모든 객체가 Finalize 대상은 아니에요.

JVM은 클래스 로드 시, Finalize 메서드가 재정의(Override)된 객체를 식별해요. 객체 생성 시에는 Finalizer.register() 메서드를 통해, 해당 객체를 참조하는 Finalizer 객체를 생성하죠.

그다음은 Unfinalized 체인(Chain)에 등록해요. 이러한 객체는 GC 발생 시 즉시 Heap에서 수집되진 않아요. Finalizer의 대기 큐(Queue)에 들어가 객체에 재정의된 Finalize 처리를 위해 대기(Pending) 상태에 놓여있죠.

위 그림과 같이 참조 트리(Tree)를 확인해 보면, 많은 Finalizer 객체가 체인처럼 연결되어 있어요. 그럼 Finalizer 객체가 실제 참조하고 있는 객체는 무엇인지 바로 살펴볼까요?

그림에 나온 바와 같이 PostgreSql JDBC Driver의 org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement인 점을 확인할 수 있어요. 해당 시스템은 PostgreSql DB를 사용하고 있었네요.

이처럼 Finalizer 참조 객체 대부분은 Jdbc3gPreparedStatement 객체임을 알 수 있어요. 여기서 Statement 객체는, DB에 SQL Query를 실행하기 위한 객체에요.

그렇다면, 아직 Finalize 처리되지 않은 Statement 객체가 증가하는 이유는 무엇일까요?

먼저 해당 Statement 객체는 실제로 어디서 참조하는지 살펴볼게요. 해당 객체는 TimerThread가 참조하는 TaskQueue에 들어가 있어요. 해당 Timer는 Postgresql Driver의 CancelTimer이죠.

해당 Timer의 작업 큐를 확인해 보면 PostgreSql Statement 객체와 관련된 Task 객체도 알 수도 있어요.

그럼 org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement 클래스가 어떻게 동작하는지 자세히 알아볼까요?

org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement는 org.postgresql.jdbc2.AbstractJdbc2Statement의 상속 클래스이며 finalize() 메서드를 재정의한 클래스에요. Finalize 처리를 위해 객체 생성 시, JVM에 의해 Finalizer 체인으로 등록되죠.

위와 같은 코드로 보아 CancelTimer는, Query 실행 후 일정 시간이 지나면 자동으로 TimeOut 취소 처리를 위한 Timer에요.

정해진 시간 내에 정상적으로 Query가 수행되고 객체를 종료(Close) 시, Timer를 취소하도록 되어 있어요. 이때 취소된 Task는 상태 값만 변경되고, 실제로는 Timer의 큐에서 아직 사라지진 않아요.

Timer에 등록된 작업은, TimerThread에 의해 순차적으로 처리돼요. Task는 TimerThread에서 처리를 해야 비로소 큐에서 제거되거든요.

이때 가져온 Task는 취소 상태가 아니며, 처리 시간에 아직 도달하지 않은 경우 해당 Task의 실행 예정 시간까지 대기해야 돼요.

여기서 문제점이 발생해요. 이 대기 시간이 길어지면 TimerThread의 처리가 지연되기 때문이죠. 이후 대기 Task들은 상태 여부에 상관없이, 큐에 지속적으로 남아있게 돼요.

만약 오랜 시간 동안 처리가 진행되지 않는다면, 여러 번의 Minor GC 발생 후 참조 객체들은 영구 영역(Old Gen)으로 이동될 수 있어요.

영구 영역으로 이동된 객체는, 메모리에 즉시 제거되지 못하고 오랜 기간 남게 되죠. 이는 Old(Full) GC를 발생시켜 시스템 부하를 유발하게 해요. 실제로 시스템에 설정된 TimeOut 값은 3,000초(50분)에요.

Finalizer 참조 객체는 GC 발생 시, 즉시 메모리에서 수집되지 않고 Finalize 처리를 위한 대기 큐에 들어가요. 그다음 FinalizerThread에 의해 Finalize 처리 후 GC 발생 시 비로소 제거되죠. 때문에 리소스의 수집 처리가 지연될 수 있어요.

또한 FinalizerThread 스레드는 우선순위가 낮아요. Finalize 처리 객체가 많은 경우, CPU 리소스가 상대적으로 부족해지면 개체의 Finalize 메서드 실행을 지연하게 만들어요. 처리되지 못한 객체는 누적되게 만들죠.

요약한다면 FinalReference 참조 객체의 잘못된 관리는 1) 객체의 재 참조를 유발 2) 불필요한 객체의 누적을 유발 3) Finalize 처리 지연으로 인한 리소스 누적을 유발하게 해요.

PART2. 제니우스 APM을 통해 Finalize 객체를 모니터링하는 방법

Zenius APM에서는 JVM 메모리를 모니터링하고 분석하기 위한, 다양한 데이터를 수집하고 있어요. 상단에서 보았던 FinalReference 참조 객체의 현황에 대한 항목도 확인할 수 있죠. APM 모니터링을 통해 Finalize 처리에 대한 문제 발생 가능성도 ‘사전’에 확인 할 수 있답니다!

위에 있는 그림은 Finalize 처리 대기(Pending)중인 객체의 개수를 확인 가능한 컴포넌트에요.

이외에도 영역별 메모리 현황 정보와 GC 처리 현황에 대해서도 다양한 정보를 확인 할 수 있어요!

이상으로 Finalize 처리 객체에 의한 리소스 문제 발생 가능성을, 사례를 통해 살펴봤어요. 서비스에 리소스 문제가 발생하고 있다면, 꼭 도움이 되었길 바라요!

------------------------------------------------------------

©참고 자료

◾ uxys, http://www.uxys.com/html/JavaKfjs/20200117/101590.html

◾ Peter Lawrey, 「is memory leak? why java.lang.ref.Finalizer eat so much memory」, stackoverflow, https://stackoverflow.com/questions/8355064/is-memory-leak-why-java-lang-ref-finalizer-eat-so-much-memory

◾ Florian Weimer, 「Performance issues with Java finalizersenyo」, enyo,

https://www.enyo.de/fw/notes/java-gc-finalizers.html

------------------------------------------------------------

김진광APM팀(개발3그룹)

개발3그룹 APM팀에서 제품 개발과 기술 지원을 담당하고 있습니다.

필진 글 더보기

추천 콘텐츠

[부산SW마이스터고 현장 실습] 기본기, 그리고 함께의 가치를 깨달았던 시간 [부산SW마이스터고 현장 실습] 기본기, 그리고 함께의 가치를 깨달았던 시간 지난 1월, 앳된 얼굴의 여고생 한 명이 브레인즈컴퍼니에 모습을 드러냈습니다. 저 먼 곳 부산에서 상경한 미진님은 중학생 시절부터 개발자의 꿈을 꾸다, 소프트웨어마이스터고로 진학을 했다는데요. 올해 고3이 되는 미진님은 학기 시작 전, 방학기간 동안 잠시 브레인즈컴퍼니에서 현장실습할 기회를 얻었습니다. 미진님은 짧은 기간이었지만 새로운 경험에 많은 것을 얻어갈 수 있었고, 브레인즈컴퍼니에서 다시 일할 기회가 있길 바란다는 말을 남기며 다시 부산으로 돌아갔습니다. 미진님이 브레인즈에서 어떤 생활을 했을지 함께 보러 가실까요? -------------------------------- Q. 안녕하세요, 미진님. 자기소개 부탁드릴게요. 안녕하세요. 저는 부산소프트웨어마이스터고에 재학중인 심미진입니다. 체험형 현장실습으로 브레인즈컴퍼니 ITSM팀에서 약 5주간 인턴생활을 했습니다. 시작한 게 엊그제 같은데 벌써 5주나 지나갔네요.ㅎㅎ Q. 실습 기간 동안 ITSM팀에서 어떤 교육을, 어떻게 받았나요? 총 5주동안 교육이 진행됐는데요. 첫 주에는 ITSM에 대한 리뷰를 했습니다. 사용자가 쉽게 따라올 수 있도록 가이드된 매뉴얼을 보고 다른 부분이나 결함, 개선점에 대해 찾았습니다. 개발하고 있는 제품에 대한 개발 환경 구축도 해보고, 어떤 기능이 있는지 하나하나 확인하면서 리뷰를 진행했습니다. 그 결과 결함 4개, 개선의견 5개를 찾았습니다. 2주차에는 제가 찾은 결함과 개선의견을 일감으로 정하고, 첫 PR(Pull Request)을 날린 경험을 했습니다. 사내 시스템 중 ‘레드 마인’이라는 것이 있는데, 그곳에서 해야 할 일을 기록하고 공유하고 있었습니다. 보통 해야 할 일을 ‘일감’이라고 부르고 있습니다. 제 사수가 어떻게 사용하는지에 대해 알려주시고 이를 따라할 수 있도록 도와주셨습니다. 사실 학교에서는 작은 프로젝트만 진행해왔고, 자주 모여서 이야기했기 때문에 이렇게까지 꼼꼼하게 기록한 적 없었는데 이번 기회를 통해서 문서 작성 그리고 공유에 대한 중요성을 배웠습니다. 또 처음 일감을 받아 PR을 날렸을 때 코딩 컨벤션의 중요성을 알게 됐습니다. 3주차에는 팀장님께서 저에게 주신 일감을 하나씩 처리하는 일을 시작했는데요. 지난 주에 날렸던 PR에 대한 피드백을 받고 이에 맞게 수정도 했습니다. 이 과정에서 학교에서와 달리 리뷰와 의견에 대해 빠른 피드백을 주셔서 좋았던 것 같아요. 처음 맡은 일감은 HTML을 이용해 구조를 수정하는 일이었어요. 내용적인 부분에 있어서는 학교에서 배운 부분이라 어려움이 없었어요. 4주차와 5주차에는 해결하는 시간이 조금 더 걸리는 일감을 받았어요. 이 과정에서 제일 중요하게 배운 것은 ‘깔끔한 코드’를 짜야한다는 것과 작은 결함일 줄 알았지만, 사실은 더 크거나 혹은 더 작은 결함이 발생할 수 있다는 것이었습니다. 서비스는 만드는 것보다 유지보수를 하는게 더 중요하기 때문에 깔끔한 코드를 짜는 것이 중요한데요. 깔끔한 코드에 대한 정의는 사람마다 조금씩 다를 수 있겠지만, 제 생각엔 유지 보수가 쉽게 가능하고 의도가 명확히 드러나는 코드라고 생각합니다. 또 제가 생각했던 것 보다 결함이 큰 경우도 있었는데, 저도 그동안 개발하면서 놓친 부분은 없는지 되돌아보는 계기가 됐습니다. 5주동안 개발적인 부분뿐만 아니라 다른 사람들과 '함께’ 코딩하는게 어떤 것인지 명확한 경험을 한 것 같아 좋았습니다. Q. 개발자로서 사용해 본 ITSM을 평가한다면? 제가 사용해 본 ITSM은 장단점이 확실히 구분되는 제품이었습니다. 먼저 장점은 편리한 기능이 다 갖춰져 있다는 것인데요. 문서 관리부터 자산 관리, 시스템 관리, 공지 등등 회사에게 필요한 기능이 다 갖춰져 있습니다. 또 회사에서 사용하는 문서들을 사용자(고객)가 원하는 대로 커스텀이 가능하다는 것인데요. 회사마다 절차도 다르고 사용해야 할 문서 형식도 다르게 나타나기 때문에 ‘폼 디자인’ 기능을 통해 구현되고 있었습니다. 그것뿐만 아니라 개인이 처리해야 할 문서에 대한 현황판을 대시보드로 한눈에 볼 수 있어 좋았던 것 같아요. 하지만 조금 아쉬운 점이 있다고 한다면 기능이 많은 만큼 고려해야 할 부분도 많이 생긴다는 것입니다. 아무래도 UI가 비슷하다면 같은 코드를 재사용하는 경우가 있습니다. 그런데 똑같이 적용을 했음에도 불구하고 생각치 못한 결함이 발생할 수 있다는 것인데요. 기능이 많으면 많을수록 재사용하는 코드는 늘어나기 때문에 결함을 수정하면서도 고려해야 할 부분이 많다는게 신경 쓰였습니다. 그리고 작은 프로젝트가 아니기 때문에 어쩔 수 없는 부분이라는 걸 알지만, 수정하는 것이 쉽지 않았다는 점이 조금 아쉬웠어요. Q. 브레인즈컴퍼니의 근무 환경은 어땠나요? 브레인즈컴퍼니에서의 근무 환경은 만족할 정도였습니다. 8층 라운지에는 매일 아침마다 간편한 식사가 준비돼 있었는데 덕분에 아침에 든든하게 있을 수 있었어요. 회사를 다닌다는 것 자체가 처음이라 긴장도 많이 하고, 실수할까봐 걱정도 많이 했는데 팀원분들께서 이해하기 쉽게 또 꼼꼼하게, 잘 알려주셨던 부분이 가장 좋았던 것 같아요. Q. 브레인즈컴퍼니에서 근무하며 가장 좋았던 점은 무엇인가요? 다른 사람이 짠 코드에 대해 결함을 찾고 이를 해결하는 과정이 가장 좋았습니다. 지금까지 제가 직접 코드를 짜고 고치고 하는 경우는 많았지만, 다른 사람이 미리 짜 놓은 코드를 고쳐본 적은 잘 없었어요. 처음에는 조금 이해하기 어려운 부분도 있었지만 그 과정에서 제가 스스로 공부하면서 해결해 나가는 과정이 좋았습니다. Q. 첫 직장생활을 해보며, 가장 힘들었던 점은 무엇인가요? 학교에서는 별도로 쉬는 시간이 주어지기 때문에 주기적인 리프레쉬가 가능했지만, 회사는 학교와 다르게 자유롭다 보니 쉬는 시간을 스스로 조절하는 게 쉽지 않았어요. 다른 분들이 열심히 하는 모습을 보고 “이렇게 열심히 하시는 데 내가 쉬어도 괜찮은 걸까?”라는 생각을 했던 것 같아요. 처음에는 쉬는 시간에 대해 생각도 않고 계속 일을 했지만, 그 덕분에 제 집중력도 많이 늘어난 것 같아요. Q. 학교로 돌아가면 졸업까지 1년 남짓 남았는데, 이번 현장 체험을 통해 세운 계획이나 결심이 있다면 이야기해주세요. 이번 기회를 통해서 무엇보다 기본이 중요하다는 것을 알게 됐어요. 사실 그동안 제가 짠 코드에 대해 동작 원리에 대한 생각을 깊이 있게 해본 적이 없었던 것 같은데, 이곳에 오면서 그게 가장 중요하다는 것을 알게 됐어요. 또 일은 혼자 하는게 아니고, 개발도 혼자 하는게 아니니까 제가 무엇을 하려고 했는지 의도가 잘 드러나는 코드를 짜는 게 중요하다는 생각을 하게 됐습니다. 그래서 돌아간 후에는 기본적인 내용들을 보충해 나가며 제가 부족했던 부분들을 채워 나갈 예정입니다.ㅎㅎ 2023.03.03