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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!

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©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

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김진광APM팀(개발3그룹)

개발3그룹 APM팀에서 제품 개발과 기술 지원을 담당하고 있습니다.

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SNMP 프로토콜을 지원하는 장비는 물론, 기존에 별도 시스템으로만 관리되던 시리얼 통신 기반의 장비 역시 신호변환 컨트롤러를 통해 FMS 시스템에 통합할 수 있습니다. 설비 등록 시에는 Excel 템플릿을 통해 다수의 장비를 일괄 등록할 수 있으며, 항목별 OID 등록도 제조사별로 정리된 참조 DB를 통해 손쉽게 수행할 수 있어, 신규 장비 도입 시 초기 세팅 시간을 크게 절감할 수 있습니다. 운영자 인터페이스는 MS Office 사용자에게 익숙한 메뉴 구조와 UI 흐름으로 구성되어 있어 별도의 교육 없이도 직관적으로 사용할 수 있으며, 관리 항목 수정, 알람 설정, 뷰 구성 등 대부분의 기능을 빠르게 설정할 수 있도록 도와줍니다. 이를 통해 Zenius FMS는 실무자의 운영 부담을 줄이면서도, 체계적인 설비 관리를 실현할 수 있는 환경을 제공합니다. 5) 리포팅 및 분석 Zenius FMS는 설비 데이터를 기반으로 한 다양한 유형의 리포팅 기능을 내장하고 있어, 운영 현황을 체계적으로 정리하고 이를 다양한 관점에서 분석할 수 있도록 지원합니다. 사용자는 분석 목적에 따라 성능 비교, 기간별 추이 분석, 증설 필요성 평가, 항목 간 상관관계 분석, 시간대별 부하 분포, 성능 예측 등의 보고서를 생성할 수 있으며, 이를 사전에 정의된 템플릿을 바탕으로 빠르게 작성할 수 있습니다. 각 보고서는 일간, 주간, 월간, 분기별로 자동 생성되며, 메일을 통해 관계자에게 정기적으로 전달되도록 설정할 수 있습니다. 출력 포맷은 PDF, Excel, Word, PowerPoint, HTML 등 다양한 형식을 지원하며, 대내외 보고용 문서로 바로 활용이 가능하도록 구성되어 있습니다. 또한, 모든 보고서는 시스템 내에 이력으로 저장되기 때문에 시점별 운영 데이터를 비교하거나, 과거 분석 결과를 참조하는 데에도 매우 유용합니다. 이 기능은 단순히 운영 현황을 정리하는 데 그치지 않고, 향후 자원 투자, 용량 계획, 장애 예방 전략 수립 등 상위 의사결정에 필요한 기반 정보를 제공하는 역할을 합니다. 전산설비 관리 시스템, Zenius FMS의 세 가지 특장점 Zenius FMS는 단순한 모니터링 툴을 넘어, 전산실 내 다양한 부대설비를 유연하게 통합 관리하고, 직관적인 관제 환경과 실무 친화적인 운용 구조를 갖춘 지능형 설비 통합관리 플랫폼입니다. 다음은 Zenius FMS가 갖는 세 가지 주요 특장점입니다. 1) 다양한 설비를 아우르는 유연한 통합 관리 구조 Zenius FMS는 SNMP를 기본으로 지원하는 장비뿐만 아니라, SNMP를 지원하지 않는 아날로그 설비나 폐쇄형 프로토콜 장비까지도 통합 관리할 수 있도록 설계되었습니다. 이를 가능하게 하는 핵심은 신호 변환용 컨트롤러의 활용입니다. 이 컨트롤러는 설비에서 출력되는 비표준 신호를 FMS 시스템이 수집 가능한 형식으로 변환해 주며, 이를 통해 설비의 상태 모니터링뿐 아니라 자동 제어 및 이벤트 연동까지 수행할 수 있습니다. 이처럼 다양한 제조사, 다양한 통신 방식을 사용하는 이기종 설비를 하나의 플랫폼에서 일괄적으로 관리할 수 있는 구조는 실제 운영 환경에서의 호환성과 확장성을 크게 높여 줍니다. 결과적으로, 구축 초기부터 이후 설비 추가·변경까지 물리 인프라 변화에 유연하게 대응할 수 있는 환경을 제공합니다. 2) Topology 기반 시각 중심 장애 관제 기능 Zenius FMS의 Topology Map 기능은 전산실 설비의 실제 물리 배치와 연결 구조를 시각적으로 재현함으로써, 장애 발생 시 해당 설비의 위치와 영향 범위를 한눈에 파악할 수 있도록 돕는 핵심 관제 도구입니다. 사용자는 설비 간의 상호 연계 관계를 기반으로 장애 발생 원인과 그에 따른 파급 효과를 직관적으로 인식할 수 있으며, 복잡한 텍스트 로그나 수치만으로 파악하던 기존 방식보다 훨씬 빠르고 정확한 장애 대응이 가능해집니다. 특히 복수 설비의 이상 상황이 동시에 발생하거나, 하나의 장애가 연쇄적으로 다른 장비에 영향을 줄 수 있는 구조에서는 이러한 시각 중심의 관제 방식이 운영 판단의 민첩성과 효율성을 높이는 데 매우 효과적입니다. 3) 학습 비용을 줄이는 사용자 친화적 인터페이스 Zenius FMS는 시스템의 초기 도입과 실무 적용 과정에서의 부담을 최소화할 수 있도록, 운영자 경험을 고려한 UI/UX 설계를 갖추고 있습니다. MS Office에 익숙한 사용자라면 별도의 교육 없이도 메뉴 구성과 인터페이스에 쉽게 적응할 수 있으며, Excel을 기반으로 한 설비 일괄 등록, 드래그앤드롭 방식의 뷰 구성, 아이콘 중심의 시각 요소 배치 등은 실무자가 빠르게 구성·운용할 수 있도록 설계되어 있습니다. 이러한 사용성 중심의 인터페이스는 실제 환경에서 관리 업무의 복잡도를 줄이고, 시스템 활용도를 높이며, 팀 간 협업을 원활하게 만드는 기반이 됩니다. 특히 전문 IT 인력이 아닌 일반 시설 관리자도 빠르게 운용에 참여할 수 있어, 조직 내 전산실 운영의 연속성과 범용성을 강화하는 데 유리합니다. 논리 인프라가 아무리 탄탄하게 구축되었더라도, 물리 인프라가 불안정하다면 전체 시스템은 언제든지 위험에 노출될 수 있습니다. 특히 전산실과 같은 핵심 물리 환경이 관리 체계 밖에 놓이게 되면, 단일 설비의 이상이 전체 서비스 장애로 확대될 가능성도 배제할 수 없습니다. Zenius FMS는 이러한 리스크를 원천적으로 줄이기 위한 전산설비 중심의 통합 관리 플랫폼입니다. 실시간 상태 감시, 자동 제어, 시각적 장애 인식, 설비 등록 자동화, 리포팅 기능 등 운영자가 필요로 하는 모든 기능을 하나의 시스템으로 통합하여 제공합니다. 결국, 디지털 인프라의 완성은 물리 기반의 안정성에서 비롯됩니다. Zenius FMS는 그 기반을 견고히 하여, 전체 시스템의 신뢰성을 한층 높여주는 유용한 도구입니다. 2025.07.04