애플리케이션 성능 향상을 위한 자바 가상 기계의 가비지 컬렉터 활용 방안 연구

Abstract

현대사회는 인터넷의 발달로 인해 디지털 혁신이 가속화 되고 있으며 애플리케이션을 통해 다양한 서비스를 접하게 되면서 삶의 질 향상을 이루게 되었다. 이러한 시대적 흐름에 의해 사용자 중심으로 새로운 애플리케이션이 개발되어 왔고 전 세계가 하나의 네트워크 속에서 연결되어 실시간으로 정보를 주고받는 클라우드 시대를 본격적으로 맞이하게 되었다. 그리고 디지털전환 이라는 트렌드와 발맞추어 초고속 정보통신시스템의 발전으로 초연결, 초고속, 초저지연 서비스의 구현을 맞이하게 되었다. 초연결 사회로의 기대가 급속히 증가하였으며 초고속 인터넷 서비스가 제공되면서 그 기대는 커지게 되었다. 더욱이 COVID-19 시대를 접하면서 비대면 커뮤니케이션 비중이 높아지게 되면서 애플리케이션이 현대화 되고 미래지향적 발전방향을 맞이하게 되었다. 이는 신규 서비스를 보다 빠르게 제공해야하는 경쟁시대를 맞이하게 되었다는 것을 뜻한다. 하지만 급속히 증가하는 사용자로 인하여 애플리케이션의 응답이 지연되는 문제점이 발생하게 되었고 여러 원인 중 하나로 메모리 적체 현상에 대한 개선 요구가 크게 증가하게 되었다. 사용자들의 요구사항에 대응하기 위해 복잡한 시스템이 구현되는 과정이 반복되면서 메모리 적체 현상이 발생하게 되었고 요구사항에 부합할수록 애플리케이션 개발 단계부터 이러한 문제를 항상 고려하면서 시스템을 개발해야 하는 번거로움이 커지게 되었다. 자바는 출시된 지 28년이 지나고 있지만 여전히 전 세계적으로 높은 점유율을 보이고 있다. 그렇다 보니 자바로 프로그래밍을 한 애플리케이션 서비스가 많아지게 되어 사용자의 불편사항 또한 비례적으로 높아지게 된 이유가 되었다. 본 연구는 소프트웨어로 구현되어 있는 애플리케이션을 사용하는 과정에서 메모리 적체와 같은 구조적 문제로 인해 응답시간이 지연되는 현상을 해결하고자 하였으며 실증 연구를 통한 성능개선 방안을 제시하고자 한다. 메모리 성능을 최적화하기 위한 방법은 오래전부터 대응방안이 적용되어 왔지만 예전 프로그램들은 구현에 어려움이 있었다. 그러나 자바로 프로그래밍을 하게 되면서 개선된 메모리 관리기법으로서 가비지 컬렉션(Garbage Collection)이 개발되었다. 메모리 관리만으로도 프로그램 성능이 향상되었으며 애플리케이션을 사용하는 사용자들의 불만을 크게 개선할 수 있는 효과를 볼 수 있게 되었다. 본 연구의 실험은 자바 프로젝트에서 가장 많이 사용하고 있으며 Long Term Support에 해당하는 자바 8, 11, 17 버전의 Parallel, G1, Z 가비지 컬렉터를 선정하였다. 각기 다른 힙 메모리 크기(2GB, 4GB, 8GB, 16GB)로 할당된 Tomcat 프로세스에서 가비지 컬렉션 정지 시간, 가비지 컬렉션 횟수, 응답 시간을 실험 후 결과를 분석하여 가비지 컬렉터 적용 방안을 구현하였다. 평가를 위해 Apache Jmeter와 Scouter를 사용 하였으며 사례별로 적용된 가비지 컬렉터를 활용한 애플리케이션의 성능 향상 지표를 실증하고자 한다.| In modern society, digital innovation is accelerating due to the development of the Internet, and the quality of life has been improved by accessing various services through applications. Moreover, in the age of COVID-19, the proportion of non-face-to-face communication has increased and this inconvenience has also increased. This means that as applications are modernized and future-oriented development directions are presented, we are faced with an era of competition to provide new services more quickly. However, due to the rapidly increasing number of users, there has been a problem of delaying the response of the application. As one of the many causes, the demand for improvement in memory has been greatly increased. The process of implementing an increasingly complex system to respond to the needs of users has been repeated. From the application development stage, the difficulty of developing a system continued, always considering memory problems. It has been 28 years since Java was launched, and it still has a high market share worldwide. Therefore, there are many application services programmed in Java, and user inconvenience is proportionally the highest. The purpose of this study is to solve the problem of delayed response time due to problems such as memory in the process of using software-implemented applications and to suggest a performance improvement.Methods for optimizing memory performance have long been applied, but old programs have been difficult to implement. However, with Java programming, Garbage Collection was developed as an improved memory management technique. Memory management has improved program performance, and it has an improvement effect that can greatly resolve the complaints of users using the application. The experiment in this study is most commonly used in the Java project and selected Parallel, G1, and Z garbage collectors in Java 8, 11, and 17 versions corresponding to Long Term Support. In the Tomcat process allocated with different heap memory sizes (2GB, 4GB, 8GB, 16GB), the garbage collection Pause time, GC Count, and the response time were compared and analyzed to implement a garbage collector application method. Apache Jmeter and Scouter were used for evaluation. I would like to study the performance improvement of applications using garbage collectors applied on a case-by-case.