G1 GC vs CMS GC

GC 개요

항목	CMS GC	G1 GC
전체 이름	Concurrent Mark Sweep GC	Garbage First GC
기본 전략	세대 구분 (Young / Old) + 병행 수집	Region 기반 + 논리적 세대 구분 + 병행 수집 + compact
STW(Stop-The-World)	일부 발생 (Young GC, Initial Mark 등)	일부 발생 (Young GC, Remark 등)
단편화 해소	❌ 없음	✅ 있음 (Evacuation + Compaction)
JVM 옵션	-XX:+UseConcMarkSweepGC	-XX:+UseG1GC (JDK 9 이상 기본값)
대상 영역	고정된 Young/Old Generation	논리적 Young/Old, Region 기반 동적 분할

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CMS GC 상세 동작

구조

Heap
├── Young Generation
│   ├── Eden
│   └── Survivor (S0, S1)
└── Old Generation

동작

1. Minor GC (Young 영역): ParNew GC가 수행 (Copying 방식)
2. Major GC (Old 영역): CMS가 수행
   • Initial Mark (STW)
   • Concurrent Mark (병행)
   • Remark (STW)
   • Concurrent Sweep (병행)
   • ✅ Compact 없음 → 단편화 발생 가능

장점

• Major GC 중 대부분 병행 수행
• GC pause 시간 짧음 (Throughput보다는 latency 중심)

단점

• 단편화 발생: Compact 단계 없음 → Old 영역에서 연속 공간 부족 시 Full GC 강제 발생
• 병행 수행 중 애플리케이션 스레드와 경쟁 → 성능 불안정
• 메타스페이스는 GC 대상 아님 → CMS는 PermGen 시절의 GC 정책에 기반
• 개발 중단됨 (deprecated): JDK 14에서 완전 제거

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G1 GC 상세 동작

구조 (Region 기반)

Heap: 수백 개의 동일 크기 Region
├── Eden Region
├── Survivor Region
├── Old Region
├── Humongous Region

• 각 Region은 역할이 동적으로 할당됨
• Eden, Survivor, Old 구분은 논리적

동작

1. Young GC (Minor GC)
   • Eden → Survivor로 복사 (Copying GC)
   • STW 발생
2. Old GC (Mixed GC)
   • Young + 일부 Old 영역을 함께 GC
   • Mark 단계는 병행 수행:
     • Initial Mark (STW)
     • Concurrent Mark
     • Remark (STW)
     • Cleanup (선택된 Region만)
     • Copy (Evacuation, STW)

장점

• 단편화 자동 해결 (Region 단위 이동 + Compacting)
• GC 대상 영역을 부분 선택 가능 → 성능 예측 용이
• GC pause 시간 예측 가능 (-XX:MaxGCPauseMillis=200 등)
• 서버 환경에서 기본값 (JDK 9부터 기본 GC)

단점

• JVM 힙이 작을 경우 오히려 비효율적일 수 있음
• 매우 짧은 pause time 요구엔 ZGC, Shenandoah가 더 우수함

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CMS의 문제점 정리

문제	설명
단편화 발생	Compact 단계가 없어 Old 영역에 조각난 메모리만 남음
Full GC 발생	단편화가 심하면 Promotion 실패 → Full GC로 이어짐
성능 예측 어려움	GC 시간과 간섭이 불규칙함
Deprecated	JDK 9에서 deprecated, JDK 14에서 완전 제거됨

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왜 G1이 CMS를 대체했는가?

항목	이유
단편화 해결	G1은 Region을 이동시키며 자동 압축(Compaction)을 수행
GC 시간 예측 가능	MaxGCPauseMillis 등으로 GC pause 시간 조정 가능
안정성	병행/병렬 처리 균형 잡힌 구조 + 고성능 서버에 최적화
유지보수성	Oracle이 공식 지원하는 GC, CMS는 더 이상 관리되지 않음
기본 GC	JDK 9부터 서버용 JVM의 기본 GC로 채택됨

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✅ 결론 요약

• CMS는 저지연 애플리케이션에 적합했지만, 단편화 문제, Full GC 발생 위험, Deprecated 등의 이유로 점차 퇴출됨
• G1 GC는 이를 보완하여 부분 GC + 병행 + 압축 + 예측 가능한 GC 시간을 제공
• 현대 JVM에서는 G1이 CMS를 완전히 대체함