C# - 메모리와 가비지 컬렉터 (GC)

C, C++ 에서는 프로그래머가 직접 balloc, free, new, delete 등을 호출해 메모리를 할당하고 해제해야 했다.

이 과정에서 메모리 누수(memory leak), 해제 후 접근(dangling pointer), 이중 해제(double free) 등 치명적인 오류가 발생할 위험이 있었다.

 

하지만 C#에서는 가비지 컬렉터(GC : Garbage Collector)라는 자동 메모리 관리 시스템이 도입되어 이러한 위험이 크게 줄어들었다.

객체를 new로 생성하기만 하면 되고, 더 이상 필요 없어지면 GC가 알아서 힙(heap) 메모리를 해제한다.

※그렇다고 GC를 맹신하기만 해선 안되니 주의하자.

 

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메모리

 

스택 (Stack)

지역 변수, 매개변수 등이 저장되는 영역으로 함수 호출과 함께 자동으로 생성되고 해제된다.

속도가 빠르지만 크기가 제한적이다.

 

힙 (Heap)

new로 생성한 객체들이 저장되는 영역으로 수명이 불확실하다.

가비지 컬렉터(GC)가 주기적으로 검사해 더 이상 참조되지 않는 객체를 해제한다.

그렇기 때문에 관리 비용이 크다.

 

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가비지 컬렉터 ( GC : Garbage Collector )

C#의 자동 메모리 관리 시스템이다.

힙(heap) 메모리에서 더이상 참조되지 않는 객체를 자동으로 해제해주는 편리한 기능이다.

 

GC는 생존 기간에 따라 객체를 분류한다.

Gen 0 : 새로 생성된 객체 (짧게 쓰고 금방 사라질 확률 높음). 살아남으면 Gen 1로 승격(promote)

Gen 1 : Gen 0 에서 살아남은 객체. Gen 1도 꽉 차면 GC는 Gen 1을 검사하고, 살아남은 객체는 Gen 2로 이동

Gen 2 : 장기간 참조되는 객체 ( ex: 싱글톤, 전역 컬렉션 등 ). 상대적으로 드물게 검사 (전체 힙 검사 비용이 크기 때문)

 

 

GC는 단순히 null 인지만 확인하는 게 아니다.

• 루트(Root) 탐색 : 프로그램에서 현재 접근 가능한 참조(스택 변수, 정적 변수, CPU 레지스터 등)를 루트로 삼는다.
• 도달 가능성 분석 : 루트에서 따라가며 닿을 수 없는 객체는 "죽은 객체"로 간주한다.
• Mark & Sweep (표시 후 정리) : 살아 있는 객체에 표시(mark)를 하고, 나머지를 청소(sweep)한다.

이 과정이 끝나면 GC는 필요시 힙 메모리를 재배치(compaction)해서 파편화를 줄인다.

 

 

GC가 자동이라고 해도 몇가지 주의할 점이 있다.

 

큰 객체(LOH : Large Object Heap)

85,000 바이트 이상되는 객체는 일반 관리 힙이 아닌 별도의 힙에 저장한다.

작은 객체와 큰 객체를 같은 힙에 섞어두면 GC가 수집할 때 메모리 재배치(Compaction) 비용이 너무 커지기 때문이다.

그래서 큰 객체는 따로 모아둬서 GC의 영향을 최대한 지양하여 관리 효율을 높이는 것이다.

그런데 메모리 할당, 해제 과정이 반복되다 보면 빈 공간이 여러곳에 흩어져서 연속된 큰 공간을 잡을 수 없는 상태가 된다.

이것을 조각화(fragmentation)가 심해진다고 부른다.

 

Finalize vs Dispose

IDisposable.Dispose()를 구현해 명시적으로 자원(파일 핸들, DB 연결 등)을 반납하는 게 안전하다.

GC는 메모리 해제만 자동이지 외부 리소스는 자동으로 정리하지 않는다.

 

GC 발생 시점

GC는 알아서 돌지만 GC.Collect()를 직접 호출할 수도 있다

그러나 무분별하게 쓰면 성능 저하를 유발한다.

GC는 무거운 작업이므로 꼭 필요할 때만 쓰자.