가비지 컬렉터 ( GC )

가비지 컬렉터 ( Garbage Collector , GC )

가비지 컬렉터는 메모리 관리 방법 중 하나로,

프로그래머가 동적으로 할당한 메모리 영역 중 더 이상 쓰이지 않는 영역을 자동으로 찾아내어 해제하는 기능이다. 

존 매카시 ( John McCarthy ) 가 1959년에 LISP 의 메모리 관리를 위해 처음 만들었다고 알려져 있다.

 

옛날의 언어들은 베이식 ( BASIC )처럼 동적인 메모리 할당 기능이 아예 없거나 C언어처럼 프로그래머가 할당한 뒤 수동으로 해제까지 해 줘야 하는 방식이었는데, 프로그래머가 하는 일이 항상 완벽할 수 없는지라 메모리를 할당해 놓고 필요 없어진 뒤에도 해제를 안 해서 메모리 누수가 발생하는 등 온갖 실수가 일어나 수 많은 버그가 양산되곤 했다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 제시된 것이 가비지 컬렉터이다.

가비지 컬렉터는 더 이상 사용되지 않는 객체를 자동으로 메모리에서 해제해주는 시스템이다.

C# 에서는 개발자가 delete 나 free( ) 같은 함수를 직접 호출하지 않아도

CLR ( Common Language Runtime ) 이 대신 메모리 정리를 수행한다.

 

---

 

작동 원리

1. 메모리 감시
   └ 프로그램 실행 중 생성된 객체들은 Heap ( 힙 ) 영역에 저장된다.
   └ GC 는 이 힙을 감시하면서 "참조되지 않는 객체" 를 탐색한다.
2. 루트 ( Root ) 기준 탐색
   └ Stack ( 스택 )에 있는 지역 변수 , 정적 변수 ( static ) , CPU 레지스터 등을 루트로 삼는다.
   └ 루트에서부터 참조 가능한 객체만을 추적한다.
3. Mark and Sweep ( 표시와 정리 )
   └ Mark 단계 : 루트에서 접근 가능한 객체에 "표시 ( Mark )" 를 한다.
   └ Sweep 단계 : 표시되지 않은 ( 참고가 끊긴 ) 객체를 메모리에서 해제한다.
4. Compaction ( 압축 )
   └ 메모리 단편화 ( 빈 공간이 여기저기 흩어진 상태 ) 를 막기 위해
   └ 살아남은 객체들을 앞쪽으로 압축 ( Compact ) 하여 빈 공간을 모은다.

---

세대별 관리 ( Generational GC )

C# 의 GC 는 효율성을 위해 세대 ( Generation ) 개념은 사용한다.

세대	설명
Gen 0	새로 생성된 객체들이 위치한다. 수명이 짧은 임시 객체를 중심으로 한다.
Gen 1	Gen 0 에서 살아남은 객체가 이동한다.
Gen 2	오래된 객체들, 앱 종료 시까지 유지되는 경우가 많다.

대부분의 GC 는 Gen 0 만 자주 청소하고 Gen 2 는 정말 필요할 때만 수행해서 성능을 최적화한다.

 

---

 

핵심 자료 구조 개념 요약

개념	설명
Heap	참조형 데이터가 저장되는 영역. GC의 관리 대상이다.
Stack	지역 변수나 함수 호출 정보가 저장된다. GC 는 여기에 관여하지 않는다.
Root	GC 가 추적을 시작하는 기준점이 된다.
Mark / Sweep / Compact	GC 의 기본 알고리즘 단계
Generational GC	객체 생존 기간에 따라 관리 효율화

 

 

---

 

주의할 점

• GC 는 자동이지만 무료가 아니다!!
  └ 실행 중간에 GC 가 작동하면 프레임이 잠시 멈출 수 있다.
  └ 실시간 게임 , Unity 에서는 성능 최적화를 위해 메모리 풀링 ( Object Pooling ) 을 자주 사용한다.
• IDisposable 인터페이스나 using 구문을 통해 파일 , 네트워크 등 관리되지 않는 리소스는 직접 정리해야 한다.
• GC.Collect( ) 로 강제 호출 가능하지만, 일반적으로 비추천한다.

 

---

 

정리

C# 의 가비지 컬렉터는 참조되지 않는 객체를 자동으로 해제해 메모리 누수를 방지한다.

성능 부담이 있으므로 주의가 필요하다.