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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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김진광
APM팀(개발3그룹)
개발3그룹 APM팀에서 제품 개발과 기술 지원을 담당하고 있습니다.
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공공분야 관제 SW 1위, 제니우스(Zenius)
공공분야 관제 SW 1위, 제니우스(Zenius)
공공 정보화 시장의 외산 소프트웨어 쏠림 현상이 여전한 가운데, 관제 분야는 반대로 국산화 비율이 90%를 넘었습니다. 브레인즈컴퍼니가 해당 분야에서 1위를 차지하며, 국산 SW의 자존심을 지켰습니다. 행정안전부가 공개한 ‘2022년 범정부EA 기반 공공부문 정보자원 현황 통계보고서’에 따르면, 지난해 공공부문 전체 SW 국산화 비율은 40.7%에 불과합니다. 반면, 관제 분야는 외산화 비율이 9.75%, 국산화 비율이 90.25%로 나타났습니다. 이번 보고서는 SW 유형별(OS, DBMS, WEB/WAS, 백업, 정보보호, 관제) 국산화 정도, 운영기간별 현황과 운영 상위 벤더 등에 대한 통계 정보를 제공하고 있습니다. 그 중, 관제 분야의 Top4 벤더 정보부터 살펴보겠습니다. 벤더 2019년 2020년 2021년 브레인즈컴퍼니 709 1,137 1,201 제니퍼소프트 406 952 921 이글루시큐리티 786 1,145 872 와치텍 629 689 718 [표1] 관제분야 SW 벤더의 연도별 운영 수량(단위: 개) 브레인즈컴퍼니는 그동안 간발의 차이로 2위였다가 드디어 1위가 됐습니다. 2021년 기준 전체 4,991개 관제 SW 중 브레인즈컴퍼니는 1,201개로 24.06%의 점유율을 보이고 있습니다. 이는 “공공분야의 관제 소프트웨어 1위는 브레인즈컴퍼니다”라는 객관적 지표입니다. 지난 3년간 연도별 관제 SW 도입수량과 점유율을 보면 브레인즈컴퍼니가 어떤 환경에서 어떻게 1위가 됐는지 유추가 가능합니다. 기타 점유수량이 현저히 줄어들고 있고 동시에 상위 벤더 쏠림현상이 나타났습니다. 브레인즈컴퍼니는 치열한 경쟁 환경 속에서 꾸준히 성장을 이뤄왔다고 볼 수 있습니다. 공공부문의 경쟁환경이 어떻게 변화하고 있는지 영업그룹 상무 은숙님에게 물어봤습니다. "공공분야는 더욱 공정한 제품 도입을 위해 기술과 가격평가를 통한 입찰, 제조사에게 직접 구매하는 방식으로 변화하고 있습니다. 상위 벤더 쏠림 현상은 관제대상의 고도화 속도를 따라가야 하고, 동시에 기존 운영 노하우 및 고객 니즈가 축적되는 제품이라 더욱 심화될 것으로 예측합니다." 다음은 소프트웨어 유형별 국산화 정도를 보겠습니다. 유형별 OS DBMS WEB/WAS 백업 정보보호 관제 외산 98.26 81.48 63.53 79.64 26.28 9.75 국산 1.74 18.52 36.47 20.36 73.72 90.25 1위 기업 레드햇 (40.10) 오라클 (63.56) 티맥스소프트 (36.47) 컴볼트 (38.65) 트렌드마이크로 (31.55) 브레인즈컴퍼니 (24.06) [표2] SW 유형별 도입률과 1위 기업(단위: %) 우선, 관제 부분의 국산화율은 90.25%로 전체 SW에서 가장 높으며, 정보보호와 관제를 제외한 다른 분야는 40% 이하인 것이 특징입니다. 쟁쟁한 글로벌 기업 사이에서 브레인즈컴퍼니가 국내기업의 위상을 높인 거 같아 뿌듯합니다. 그런데 욕심일까요? 내심 다른 분야 1위 기업처럼 도입률이 30% 이상되면 좋겠습니다. 브레인즈컴퍼니가 30% 이상 점유가 가능할 지 은숙님의 의견 들어봤습니다. "[표1]을 보시면 브레인즈컴퍼니가 기울기 변화없이 우상향하는 것을 볼 수 있는데요. 관제 SW는 그 특성상 일회성 도입이 아닌 통합관리 및 운영편의성을 위해 지속적으로 확장되게 구성돼 있습니다. 브레인즈컴퍼니의 제니우스가 기능이나 기술 지원이 퇴보하지 않는 한, 일회성으로 끝날 일이 없기 때문에 가능하다고 봅니다. 하지만 공공 시장이 빠르게 클라우드로 전환되는 상황에서 관제분야도 이 흐름에 대비해야 합니다. 즉, 클라우드 환경의 가용성, 성능, 보안을 사전에 모니터링해 문제가 최종 사용자 환경에 영향을 주기 전에 찾아서 해결하는 역할이 추가적으로 필요합니다." 다음은 관제 SW 운영기간별 현황을 살펴보겠습니다. 구분 3년 미만 3~5년 5~8년 8~10년 10년 이상 수량 2,743 1,275 1,654 1,530 2,669 비율 27.8 12.9 16.8 15.5 27.0 [표3] 관제 SW 운영기간 현황(단위: 개, %) 우리가 주목할 것은 3년 미만과 10년 이상입니다. 10년 이상 비율은 “관제 SW는 그 특성상 일회성이 아닌 한 번 구축하면 지속적으로 확장된다”는 은숙님 의견을 뒷받침해주는 수치입니다. 3년 미만 비율이 높은 것은 그만큼 관제 SW의 필요성이 늘어 신규 도입이 증가했고, 해당 수량은 향후 몇 년 간 쭉 지속될 것이라고 유추해볼 수 있습니다. 이에 대한 은숙님의 의견입니다. "10년이면 강산이 변한다는 말이 있죠. 2000년 초 경쟁하던 제조사가 없어지거나, 불과 몇해 전 치열하게 경쟁했던 회사가 아예 언급조차 되지 않거나, 또 거기는 빼고... 하는 말들을 듣게 됩니다. 제니우스는 잠시 반짝하거나, 일부 영업적 베네핏에 의해서 점유되는 제품이 아닙니다. 고객들이 다음 버전을 기대하고 써 본 분들이 추천하는 제품이라, 현재 개발 중인 차세대 제니우스는 더 많은 고객분들과 함께 할 수 있을 것이라고 자신합니다." 이번 소식은 브레인즈컴퍼니가 IT인프라 통합 관제 소프트웨어 분야에서 국내 1위가 맞는지, 아니면 몇 위쯤 인지 항상 궁금했던 분에게는 유용한 정보가 될 것 같습니다. 앞으로 차세대 제니우스를 통해 관제 SW 분야에서 최고의 서비스를 제공하도록 하겠습니다. [부록] 함께 알아 두면 좋은 정보 §공공부문은 중앙행정기관, 법기관, 광역 및 기초자치단체, 공공기관으로 구분된다. §중앙행정기관 중 국방부, 감사원, 방통위, 법제처, 공수처, 소방청은 관제 소프트웨어를 운영하고 있지 않다. 광역자치단체의 총 소프트웨어 도입비 중 관제 소프트웨어 비중은 평균 6.9%이다. 가장 낮은 지역은 경기도 1.4%, 다음은 광주 2.4%이다. 1위는 부산이며 16.3%이다. §공공부문 소프트웨어는 총 20만6천개이며 총 도입비는 17조6천억원이다. 이중 중앙행정기관이 84%를 차지한다. 반면 하드웨어는 총 23만 5천개, 총 도입비는 9조9천억원이다. §관제분야 소프트웨어의 운영 기준 도입비는 6천6백억원이다. 운영체제 8천억원, 정보보호 7조5천억원, WAS 1조5천억원, DBMS 1조6천억원, 백업 2조3천억원, 기타 3조원. §소프트웨어 중 기타로 분류되는 것에는 가상화, 리포팅툴, 그래픽툴, 검색엔진, EAI/ESB, 클러스터, 메일 등이 있다. §도입률과 점유율이 혼재돼 사용했는데, 도입 후 사용하지 않는 SW는 통계자료에서 제외됐으므로 결국 같은 의미이다. §공공부문이 운영중인 정보시스템에서 가장 많이 사용하고 있는 개발언어는 JAVA(70.26%), 다음으로 JSP(46.5%)이다. 개발 프레임워크의 경우 1위는 전자정부표준으로 48.5%, 2위는 Spring 15.7%, 꼴찌는 .NET 5.7%
2022.10.24
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