007. 다 쓴 객체 참조를 해제하라

👉 메모리 누수

컴퓨터 프로그램이 필요하지 않은 메모리를 계속 점유하고 있는 현상을 말한다.

♦︎ 객체들의 다 쓴 참조

배열로 Stack 을 구현

/** StackMemoryLeak.java */
public class StackMemoryLeak {
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    public StackMemoryLeak() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    public void push(Object e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }

    public Object pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }

        Object result = elements[size - 1];
        size--;

        return result;
    }

    /**
     * 원소를 위한 공간을 적어도 하나 이상 확보한다.
     * 배열 크기를 늘려야 할 때마다 대략 두 배씩 늘린다. */
    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size) {
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
        }
    }
}

이 코드에서는 스택이 커졌다가 줄어들었을 때 스택에서 꺼내진 객체들을 가비지 컬렉터가 회수하지 않는다.

이 스택을 사용하는 프로그램을 오래 실행하다 보면 점차 메모리 누수 가 일어나 가비지 컬렉션 활동과 메모리 사용량이 늘어나 결국 성능이 저하될 것이다.

심한 경우 디스크 페이징*이나 OutOfMemoryError를 일으켜 프로그램이 예기치 않게 종료될 수 있다.

위 Stack 코드에서 elements 배열의 인덱스가 size 이상인 요소들은 Stack에서 비활성화된 객체지만 elements에 그대로 남아 객체들의 다 쓴 참조(obsolete reference)를 여전히 가지고 있다.

메모리 누수 잡기

가비지 컬렉터가 보기에는 비활성 영역에서 참조하는 객체도 똑같이 유효한 객체이기 때문에 해당 객체를 더 이상 사용하지 않을 것을 프로그래머가 직접 참조 해제하여 알려야 한다.

/** StackMemoryLeak.java */
public Object pop() {
    if (size == 0) {
        throw new EmptyStackException();
    }

    Object result = elements[size - 1];
    elements[size - 1] = null; // 해당 참조를 다 썼으므로 null 처리 하여 참조 해제함
    size--;

    return result;
}

위처럼 각 원소의 참조가 더 이상 필요 없어지는 시점. 즉, 스택에서 꺼내질 때 참조 해제한다.

(참고) Stack

/** java.util.Stack.java */
public synchronized E pop() {
    E       obj;
    int     len = size();

    obj = peek();
    removeElementAt(len - 1);

    return obj;
}

/** java.util.Vector.java */
public synchronized void removeElementAt(int index) {
    if (index >= elementCount) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
                                                     elementCount);
    }
    else if (index < 0) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    }
    int j = elementCount - index - 1;
    if (j > 0) { // 중간 index 값이 삭제된 경우 index 뒤 값들을 한칸씩 땡김
        System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
    }
    modCount++;
    elementCount--;
    elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */
}

객체 참조를 null 처리 해야 하는 경우

객체 참조를 null 처리하는 일은 예외적인 경우여야 한다.

다 쓴 참조를 해제 하는 가장 좋은 방법은 그 참조를 담은 변수를 유효 범위 밖으로 밀어내는 것이다. 변수의 범위(scope)를 최소가 되게 정의했다면 참조를 직접 해제해야 할 필요가 없어진다.

♦︎ 캐시

객체 참조를 캐시에 넣고 나서, 이 사실을 까맣게 잊은 채 한참을 그냥 놔두는 경우가 있다.

사용하지 않는 캐시에 저장된 객체 참조를 해지하기 위한 해법은 경우에 따라 여러가지이다.

(참고) 자바의 세가지 유형의 참조*

WeakHashMap

캐시 외부에서 키를 참조하는 동안만 엔트리가 살아있는 캐시가 필요한 상황에서 사용하면 유용하다.

/** ReferenceTest.java */
public static void main(String[] args) {
    HashMap<Integer, String> hashMap = new HashMap<>();
    WeakHashMap<Integer, String> weakHashMap = new WeakHashMap<>();

    Integer key1 = 1000;
    Integer key2 = 2000;
    Integer wKey1 = 1000;
    Integer wKey2 = 2000;

    hashMap.put(key1, "test a");
    hashMap.put(key2, "test b");
    weakHashMap.put(wKey1, "test a");
    weakHashMap.put(wKey2, "test b");

    key1 = null;
    wKey1 = null;

    System.gc();  //강제 Garbage Collection

    hashMap.entrySet().stream().forEach(el -> System.out.println(el));
    System.out.println("--------");
    weakHashMap.entrySet().stream().forEach(el -> System.out.println(el));
}

2000=test b
1000=test a
--------
2000=test b

• equals 메소드가 == 연산자를 사용하는 Key를 쓴 경우 Key가 버려지면 동일한 Key가 생성되지 않기 때문에 더 유용하다. (Key가 String과 같이 단일 값을 가지는 Class고 == 연산자 외에 equals를 사용하여 서로 다른 객체라도 동일성을 체크하여 유지하고 싶은 경우 적절하지 않다.)
• key로 쓰는 String을 리터럴 방식으로 생성한 경우 String interning 때문에 String pool에서 관리되기 때문에 null이 된다고 해도 WeakHashMap이 삭제되지 않는다.
• Value 객체가 직접 또는 간접적으로 자신의 key를 강한 참조 하지 않도록 주의해야 한다. 만약 key를 참조하는 value를 사용해야 하고, WeakHashMap도 올바르게 동작하길 원한다면 WeakReferences 내에서 value를 다시 래핑하는 방식을 써야 한다. ex) m.put(key, new WeakReference(value);

LinkedHashMap

캐시 엔트리의 유효 기간을 정확히 정의하기 어렵기 때문에 시간이 지날수록 엔트리의 가치를 떨어뜨리는 방식을 흔히 하용하는데, 이 경우 쓰지 않는 엔트리를 이따금 청소해줘야 한다.

removeEldestEntry 메서드를 써서 백그라운드 스레드를 활용하거나 캐시에 새 엔트리를 추가할 때 부수 작업으로 수행하게 한다.

♦︎ 리스너(listener) 혹은 콜백(callback)

클라이언트가 콜백을 등록만 하고 명확히 해지하지 않는다면 콜백은 계속 쌓인다.

콜백을 약한 참조(weak reference)로 저장하면 가비지 컬렉터가 즉시 수거한다.

ex) WeakHashMap에 키로 저장하기

---

*페이징 : 물리 메모리에서 사용되지 않고 있는 메모리 영역이 하드 드라이브에 일시적으로 저장되는 것

*자바의 세 가지 유형의 참조

- 강한 참조(Strong reference)

Integer strong = 1;

가장 일반적인 참조 유형

num 변수는 값이 1인 Integer 객체에 대해 강한 참조를 가진다.

객체를 가리키는 강한 참조가 있는 경우 그 객체는 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않는다.

- 부드러운 참조(Soft reference)

SoftReference<Integer> soft = new SoftReference<Integer>(strong);

만약 strong == null이 되면 더 이상 원본(storng)이 존재하지 않으므로 soft 객체를 참조하는 객체가 SoftReference만 존재할 경우 가비지 컬렉션 대상이 된다.

단, 메모리가 부족하지 않으면 굳이 가비지 컬렉션하지 않는다.

엄격하지 않은 캐시 라이브러리 들에서 사용된다.

- 약한 참조(Weak reference)

WeakReference<Integer> weak = new WeakReference<Integer>(strong);

만약 strong == null이 되고 weak 객체를 가리키는 참조가 WeakReference 뿐일 경우 가비지 컬렉션 대상이 된다.

메모리가 부족하지 않더라도 가비지 컬렉션의 대상이 되어 다음 가비지 컬렉터가 동작하는 시점에 무조건 없어진다.

---

참고한 곳 출처

https://blog.breakingthat.com/2018/08/26/java-collection-map-weakhashmap/