C#/.NET 가비지 컬렉션의 메모리 할당 및 해제 기본 원리 (Garbage collection)

C와 C++에서 직접 new 연산자와 malloc 함수를 이용해서 힙(heap)영역에 동적 메모리 할당을 받고 delete 연산자와 free 함수를 이용해서 동적 메모리를 해제하게 된다.

C, C++에서 메모리 할당과 해제 원리 : http://hijuworld.tistory.com/28

하지만 C#과 JAVA 에서는 가비지 컬렉터(garbage collecter)에 의해서 메모리 할당과 메모리 해제가 이루어진다.

사용하지 않는 메모리를 가비지 컬렉션(garbage collection)이 해제 시킨다.

우선 간단하게 메모리를 할당하는 방식에 대해서 알아 보자.

1. C#에서 객체 생성시 메모리 할당 방식

new 키워드를 통해 객체를 생성하게 되면 힙(Heap) 메모리 영역에 객체가 할당된다. C언어와 C++과 다른점은 메모리 첫영역부터 차례대로 할당하게 되고 할당이 가능한 부분의 첫 주소에 포인터로 가르키게 된다. 다음에 또 객체를 생성하면 할당 가능한 메모리의 포인터 영역부터 메모리를 할당하고 다시 해당 포인터는 할당된 사이즈 만큼 증가하게 됩니다.

C, C++과 다르게 이렇게 하면 메모리 할당이 가능한 영역을 찾는 과정이 없기 때문에 속도가 훨씬 빠르다.

아래 그림을 보면 쉽게 이해가 갈것이다.

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2. C#에서 Garbage Collector에 의한 메모리 해제 방식

Test a = new TEST();

a = null;

위와 같은 코드를 만나면 처음에 할당한 변수 a가 가지고 있는 객체는 더이상 사용하지 않기 때문에 메모리 해제의 대상이 됩니다.

힙영역에 메모리가 계속 쌓이다 보면 특정 시점에서 Garbage collector에 의해 사용되지 않는 메모리(아래 그림에서 B, D)는 해제하게 된다.

Root Reference 메모리 영역에서 사용하는 메모리 영역을 관리하게 되고(아래 그림의 A와 C) 객체에서 할당한 객체도 존재(아래 그림에서 E)한다. Root Reference를 탐색하여 A와 C를 찾고 다시 A와 C를 검색하여 E를 찾아낸다.

그러면 그외에 메모리 영역인 B와 D는 사용하지 않는 메모리 영역으로보고 메모리를 해제한다.

그리고 남은 A, C, E를 다시 재배치 한다.

그리고 다음 객체를 할당할 메모리의 포인터의 위치도 재배치 한다.

여기까지가 간단하게 설명한 메모리 할당 및 해제 원리이다.

사실 가비지 컬렉션에 방식은 이외에도 상당히 복잡하다.

1. 세대별 가비지 컬렉션 방식 : http://hijuworld.tistory.com/41

2. 용량이 큰 객체에 메모리 할당 해제 방식 : http://hijuworld.tistory.com/46

3. 가비지 컬렉션의 모드에 따른 방식

따라서 이 3가지 방식에 대해서 다음 포스팅에서 설명하겠다.

참고 사이트 및 서적 

- c# GC.Collect() 정리 : http://helloit.tistory.com/40

- 유경상의 닷넷 블로그 : http://www.simpleisbest.net/post/2011/04/01/Review-NET-Garbage-Collection.aspx

- MSDN : https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/garbage-collection/fundamentals

- 뇌를 자극하는 C# 4.0(한빛미디어, 박상현 지음)