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메모리 누수 위험있는 FinalReference 참조 분석하기
김진광
2023.10.12
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[행사] 브레인즈컴퍼니 ‘가을문화행사 2023’
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 사례
로 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 유발
하게 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 확인
할 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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#제니우스 APM
김진광
APM팀(개발3그룹)
개발3그룹 APM팀에서 제품 개발과 기술 지원을 담당하고 있습니다.
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브레인즈컴퍼니는 IT 기술 트렌드 및 글로벌 시장 동향 파악을 위해 주기적으로 '해외연수단'을 파견하고 있습니다. 미국, 유럽, 싱가폴 등 각국에서 열리는 주요 IT 전시회에 참석해 혁신적인 기술과 솔루션을 직접 경험하고 있습니다. 또한 IT 분야의 제품과 서비스가 실생활에서 어떻게 활용되는지를 살펴보고, 현지 문화를 직접 체험하며 보다 창의적이고 혁신적인 아이디어를 발굴하기 위해 노력하고 있습니다. 올해 해외연수단의 목적지는 일본! [2024 Japan IT Week Autumn]를 포함해서 다양한 경험과 체험을 하고 돌아온 일본연수단의 후기를 자세히 정리했습니다. [2024 Japan IT Week Autumn]은?! [2024 Japan IT Week Autumn]은 AI, IoT 등 IT 관련 제품과 서비스를 소개하고 IT 트렌드를 공유하는 일본 최대 규모의 IT 통합 전시회입니다. 마쿠하리 메세 국제 컨벤션에서 진행된 올해 전시회는 700여 개 이상의 기업이 참가했고, 약 4만여 명이 방문한 것으로 알려졌습니다. 히타치, 후지쯔, NEC, NTT 등 일본의 대표적인 IT 기업들이 참가한 이번 전시회는 AI, IoT, 정보 보안, 클라우드, 소프트웨어 개발 등 다양한 IT 분야를 다루는 12개의 전문 전시회로 구성되었습니다. 주요 전시 품목은 클라우드 컴퓨팅, AI, 정보 보안, 데이터센터/스토리지, 소프트웨어, 애플리케이션, 데이터 처리기술, 빅데이터, 사물인터넷, 비즈니스 자동화 등으로 구성되었습니다. 특히 올해에는 클라우드 환경에 최적화된 애플리케이션 개발 및 운영 기술, 비즈니스 자동화와 생산성 향상을 위한 AI 솔루션, 업무 자동화/생산성 향상/하이브리드 워크 지원 등 기업의 디지털 전환을 위한 다양한 솔루션들이 큰 주목을 받았습니다. 전시회 기간 동안 다양한 세미나와 컨퍼런스도 개최되어 최신 기술 동향과 시장 정보를 파악할 수 있는 좋은 기회였습니다. 일본 최대 규모 IT 전시회를 경험하다 [2024 Japan IT Week Autumn]를 직접 경험한 일본연수단은 한목소리로 '최신 IT을 통해 많은 인사이트를 얻을 수 있었다'라고 말했는데요, 자세한 소감을 들어봤습니다. 서은숙님: IT 모니터링 솔루션을 집중적으로 살펴보며, 현지 기업과 우리나라 기업들이 각자의 강점을 어떻게 효과적으로 홍보하는지 확인할 수 있었습니다. 영업 및 마케팅 측면에서 유익한 인사이트를 얻는 시간이었습니다. 이규영님: 이번 전시회를 통해 브레인즈컴퍼니도 해외에 진출하여 글로벌 고객사를 확보할 수 있는 가능성을 확인했습니다. 전시된 모니터링 솔루션과 비교했을 때 Zenius는 충분한 경쟁력을 갖추고 있다고 확신이 들었습니다. 이승현님: 우리와 다른 환경에서 다양한 IT 제품과 서비스를 체험할 수 있어 큰 도움이 되었습니다. 이를 통해 Zenius의 경쟁력을 강화할 수 있는 여러 아이디어를 얻을 수 있는 기회가 되었습니다. 김정미님: 예상보다 전시회 규모가 커서 놀랐습니다. 오피스 업무에 필요한 자동화, IoT 등 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 분야가 인상 깊었습니다. 박계영님: 부스에 앉아있거나 쉬고 있는 사람 없이 밝은 표정으로 자사의 제품과 서비스를 적극적으로 설명하며 고객과 소통하는 모습이 가장 기억에 남습니다. 우리 Zenius도 이런 전시회를 통해 글로벌 무대에서 소개될 수 있기를 바라는 마음이 들었습니다. 정희정님: 많은 기업들이 AI를 활용한 업무 자동화 솔루션을 선보인 점이 흥미로웠습니다. 일본의 일상은 여전히 아날로그적인 요소가 많지만, 업무 자동화 시스템은 매우 세분화되고 폭넓게 적용되어 있음을 확인할 수 있었습니다. 이지환님: 관람객과 언어가 통하지 않아도 다양한 방법을 활용해 적극적으로 홍보하고 고객을 유치하려는 모습이 매우 인상 깊었습니다. 현지 기업들이 마케팅과 고객응대 전략에서 많은 점을 배울 수 있었습니다. 이번 [2024 Japan IT Week Autumn] 관람을 통해 최신 IT 트렌드를 직접 경험하며 다양한 비즈니스 인사이트를 얻을 수 있었습니다. 특히, 글로벌 시장에서 IT 제품과 서비스가 어떻게 차별화되고 활용되는지를 살펴보며 브레인즈컴퍼니에 적용할 수 있는 많은 아이디어를 얻는 소중한 기회가 되었습니다. 일본 연수단은 전시회 관람에 이어서 일본 현지 문화를 체험할 수 있는 시간을 가졌는데요, 이 이야기는 여기서 보실 수 있습니다.
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