가비지 컬렉션의 작동 원리는 무엇인가요?

가비지 컬렉션(Garbage Collection, GC)은 프로그래밍 언어의 메모리 관리 기법 중 하나로, 프로그램이 더 이상 사용하지 않는 메모리 영역(가비지)을 자동으로 찾아 해제하는 과정을 말합니다.

이를 통해 개발자는 직접 메모리를 해제하는 부담에서 벗어나고, 메모리 누수(memory leak)나 이중 해제(double free) 같은 오류를 줄일 수 있습니다.

가비지 컬렉션의 작동 원리는 크게 다음과 같은 단계로 이루어집니다.

1. 사용 중인 객체 식별 가비지 컬렉터는 먼저 프로그램이 현재 참조하고 있는 객체와 그렇지 않은 객체를 구분합니다.

이를 위해 여러 가지 알고리즘이 사용되는데, 대표적으로는 '마크 앤 스윕(Mark-and-Sweep)' 방법이 있습니다.

2. 마크(Mark) 단계 루트 레퍼런스(예: 전역 변수, 스택에 있는 변수 등)에서 시작하여, 참조 가능한 모든 객체를 찾아 표시(mark)합니다.

즉, 살아있는 객체를 식별하는 과정입니다.

3. 스윕(Sweep) 단계 마크 단계에서 표시되지 않은 객체는 더 이상 접근할 수 없는 가비지로 간주하여 메모리에서 해제합니다.

4. 컴팩션(옵션) 해제 후 메모리 단편화(Fragmentation)를 줄이기 위해 살아있는 객체들을 한곳에 모으는 과정입니다.

이 단계는 일부 가비지 컬렉터에서 선택적으로 수행합니다.

이 밖에도, 가비지 컬렉션은 다음과 같은 여러 알고리즘과 전략이 있습니다.

- 참조 카운팅(Reference Counting) : 각 객체의 참조 횟수를 기록, 0이 되면 즉시 해제. 간단하지만 순환 참조(circular reference)를 처리하지 못하는 단점이 있습니다.

- 세대별 가비지 컬렉션(Generational GC) : 객체의 생존 기간에 따라 '신생 세대(young generation)'와 '노령 세대(old generation)'로 나누어 자주 수집하는 영역과 덜 자주 수집하는 영역을 구분해 효율성을 높입니다.

- 증분 가비지 컬렉션(Incremental GC) : 가비지 컬렉션 작업을 여러 단계로 나누어 수행, 긴 중단 시간을 줄여 프로그램의 응답성을 개선합니다.

가비지 컬렉션은 프로그램 실행 중 사용되지 않는 메모리를 자동으로 찾아내어 회수함으로써 메모리 관리를 돕는 시스템이며, 이를 통해 개발 효율성과 프로그램 안정성을 높이는 역할을 합니다.