일요일, 5월 31, 2015

[자바] FileChannel에서 map을 하면 내부적으로 unmap은 언제 일어날까? Finalizer를 PhantomReference가 대체할 수 있나?

1. java.nio.FileChannel에서 map을 호출한 다음에 unmap은 언제 이루어질까?

언뜻 생각해보면 FileChannel에서 mmap을 호출하므로 FileChannel을 close할 때 명시적으로 unmap을 해주는 게 효율적인 구현이 아니었을까 생각이 들긴 합니다..
하지만, 실제 JDK 구현은 그렇게 하지 않았습니다.

openjdk v6 코드를 보면
{openjdk6}/jdk/src/share/classes/sun/nio/ch/FileChannelImpl.java 에 해당 구현이 되어 있습니다.

channel을 close하면 내부적으로 implCloseChannel 메소드가 호출이 되는데 여기에서는 mmap 관련한 일은 행하지 않습니다.
명시적으로 unmap을 하는 경우는 transferTo나 transferFrom이 호출된 경우 일시적으로 사용된 mmap을 바로 munmap해줍니다.

실제 MappedByteBuffer는 Unmapper라는 unmap을 위한 객체를 매번 따로 만들어서 해당 MappedByteBuffer에 대한 참조가 없으면 PhantomReference 방식으로 청소를 해줍니다.

코드를 쫓아가보면 결과적으로
{openjdk6}/jdk/src/share/classes/sun/misc/Cleaner.java 객체에 Unmapper 객체를 넘겨주는 형태입니다.

그냥 MappedByteBuffer 클래스에 finalize() 메소드를 구현하지 않고 PhantomReference 방식으로 복잡하게 처리한 것은 finalize() 메소드를 호출하는 Finalizer 쓰레드의 오버헤드를 줄이기 위한 것으로 보입니다. Finalizer 쓰레드에서 JNI 통해 munmap 시스템 콜을 하는 게 부담스러웠던 것입니다.

다시 문제로 돌아가서 왜 file channel을 close할 때 unmap을 하지 않았을까 생각해보면
원래 유닉스 시스템 콜에서도 fd를 close() 하는 것과 파일의 영역을 가상 메모리에 매핑한 것을 해지하는 munmap()은 별도의 시스템 콜이므로
만약 file channel은 계속 열어둔 상황에서 mapped byte buffer만 계속 만든다면 channel이 close될 때까지 munmap()이 호출되지 않는 문제가 발생하게 됩니다.
따라서 mmap을 실제로 호출하는 데 대응하는 객체인 MappedByteBuffer 객체를 해지할 때 munmap이 호출되는 게 맞는데 유감스럽게도 MappedByteBuffer 클래스(나아가 Buffer 클래스)에는 close()를 정의하지 않았습니다.
이렇게 함으로써 gc의 시점에 munmap이 호출되게 하는데 이것은 munmap의 시점을 정확하게 알 수 없는 문제가 있습니다.

2. Finalizer와 PhantomReference
Java NIO를 설계할 때 Buffer 계열의 메모리 해지는 gc에 맡기는 설계를 했기 때문에 MappedByteBuffer도 동일하게 구현을 한 것 같고, 좀 복잡하긴 하지만 효율 이슈로 finalize()를 override하지 않고 Cleaner라는 것을 사용합니다.

그렇다면 sun.misc.Cleaner는 어떤 쓰레드에서 실행되는가를 알 필요가 있는데 이 클래스는 JDK 내부적으로 Reference 클래스에서 사용하는 클래스로서 JVM이 "Reference Handler”라는 이름의 쓰레드를 만들어서 이 Cleaner 객체만 따로 처리합니다.

 ({openjdk6}/jdk/src/share/classes/java/lang/ref/Reference.java 코드 참조)

Finalizer 쓰레드는 JVM 내부에서 실행되는 JVM 엔진 쓰레드므로 각 자바 객체의 finalize 메소드를 호출하기 위해서는 JNI 호출을 해야 하는데 이 Reference Handler 쓰레드는 일반 자바 쓰레드이므로 바로 호출을 할 수 있는 장점이 있습니다.
전체 등록된 Cleaner 객체들은 하나의 linked list로 관리되고 Reference Queue에서 나올 때마다(즉, phantom referenceable해질 때마다) 자신을 list에서 삭제하고 등록된 Runnable을 실행해주는 방식으로 실행됨.

sun.misc.Cleaner 클래스를 사용하도록 다른 클래스들도 고안해볼 수 있긴 하지만, 어려운 부분은 해당 Cleaner에 넘겨줄 Runnable 객체가 원래의 객체를 참조하면 안된다는 점이 있습니다. (Strong Reference가 있으면 Phantom Referenceable 상태가 될 수 없으므로 memory leak이 될 것입니다).

finalize() 메소드는 물론 자신 즉, this에 대한 참조를 하고 있지만 자기 자신이고 JVM이 관리하므로 상관이 없습니다. 따라서 PhantomReference는 finalize() 메소드에 대한 완전한 대체를 할 수는 없습니다.