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메모리 누수 위험있는 FinalReference 참조 분석하기

김진광 2023.10.12

Java에서 가장 많이 접하는 문제는 무엇이라 생각하시나요? 바로 리소스 부족 특히 ‘JVM(Java Virtual Machine) 메모리 부족 오류’가 아닐까 생각해요.

메모리 부족 원인에는 우리가 일반적으로 자주 접하는 누수, 긴 생명주기, 다량의 데이터 처리 등 몇 가지 패턴들이 있는데요. 오늘은 좀 일반적이지 않은(?) 유형에 대해 이야기해 볼게요!

Java 객체 참조 시스템은 강력한 참조 외에도 4가지 참조를 구현해요. 바로 성능과 확장성 기타 고려사항에 대한 SoftReference, WeakReference, PhantomReference, FinalReference이죠. 이번 포스팅은 FinalReference를 대표적인 사례로 다루어 볼게요.

PART1. 분석툴을 활용해 메모리 누수 발생 원인 파악하기

메모리 분석 도구를 통해 힙 덤프(Heap Dump)를 분석할 때, java.lang.ref.Finalizer 객체가 많은 메모리를 점유하는 경우가 있어요. 이 클래스는 FinalReference와 불가분의 관계에요. 나눌 수 없는 관계라는 의미죠.

아래 그림 사례는 힙 메모리(Heap Memory)의 지속적인 증가 후 최대 Heap에 근접 도달 시, 서비스 무응답 현상에 빠지는 분석 사례인데요. 이를 통해 FinalReference 참조가 메모리 누수를 발생시킬 수 있는 조건을 살펴볼게요!

Heap Analyzer 분석툴을 활용하여, 힙 덤프 전체 메모리 요약 현황을 볼게요. java.lang.ref.Finalizer의 점유율이 메모리의 대부분을 점유하고 있죠. 여기서 Finalizer는, 앞에서 언급된 FinalReference를 확장하여 구현한 클래스에요.

JVM은 GC(Garbage Collection) 실행 시 해제 대상 객체(Object)를 수집하기 전, Finalize를 처리해야 해요.

Java Object 클래스에는 아래 그림과 같이 Finalize 메서드(Method)가 존재하는데요. 모든 객체가 Finalize 대상은 아니에요.

JVM은 클래스 로드 시, Finalize 메서드가 재정의(Override)된 객체를 식별해요. 객체 생성 시에는 Finalizer.register() 메서드를 통해, 해당 객체를 참조하는 Finalizer 객체를 생성하죠.

그다음은 Unfinalized 체인(Chain)에 등록해요. 이러한 객체는 GC 발생 시 즉시 Heap에서 수집되진 않아요. Finalizer의 대기 큐(Queue)에 들어가 객체에 재정의된 Finalize 처리를 위해 대기(Pending) 상태에 놓여있죠.

위 그림과 같이 참조 트리(Tree)를 확인해 보면, 많은 Finalizer 객체가 체인처럼 연결되어 있어요. 그럼 Finalizer 객체가 실제 참조하고 있는 객체는 무엇인지 바로 살펴볼까요?

그림에 나온 바와 같이 PostgreSql JDBC Driver의 org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement인 점을 확인할 수 있어요. 해당 시스템은 PostgreSql DB를 사용하고 있었네요.

이처럼 Finalizer 참조 객체 대부분은 Jdbc3gPreparedStatement 객체임을 알 수 있어요. 여기서 Statement 객체는, DB에 SQL Query를 실행하기 위한 객체에요.

그렇다면, 아직 Finalize 처리되지 않은 Statement 객체가 증가하는 이유는 무엇일까요?

먼저 해당 Statement 객체는 실제로 어디서 참조하는지 살펴볼게요. 해당 객체는 TimerThread가 참조하는 TaskQueue에 들어가 있어요. 해당 Timer는 Postgresql Driver의 CancelTimer이죠.

해당 Timer의 작업 큐를 확인해 보면 PostgreSql Statement 객체와 관련된 Task 객체도 알 수도 있어요.

그럼 org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement 클래스가 어떻게 동작하는지 자세히 알아볼까요?

org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement는 org.postgresql.jdbc2.AbstractJdbc2Statement의 상속 클래스이며 finalize() 메서드를 재정의한 클래스에요. Finalize 처리를 위해 객체 생성 시, JVM에 의해 Finalizer 체인으로 등록되죠.

위와 같은 코드로 보아 CancelTimer는, Query 실행 후 일정 시간이 지나면 자동으로 TimeOut 취소 처리를 위한 Timer에요.

정해진 시간 내에 정상적으로 Query가 수행되고 객체를 종료(Close) 시, Timer를 취소하도록 되어 있어요. 이때 취소된 Task는 상태 값만 변경되고, 실제로는 Timer의 큐에서 아직 사라지진 않아요.

Timer에 등록된 작업은, TimerThread에 의해 순차적으로 처리돼요. Task는 TimerThread에서 처리를 해야 비로소 큐에서 제거되거든요.

이때 가져온 Task는 취소 상태가 아니며, 처리 시간에 아직 도달하지 않은 경우 해당 Task의 실행 예정 시간까지 대기해야 돼요.

여기서 문제점이 발생해요. 이 대기 시간이 길어지면 TimerThread의 처리가 지연되기 때문이죠. 이후 대기 Task들은 상태 여부에 상관없이, 큐에 지속적으로 남아있게 돼요.

만약 오랜 시간 동안 처리가 진행되지 않는다면, 여러 번의 Minor GC 발생 후 참조 객체들은 영구 영역(Old Gen)으로 이동될 수 있어요.

영구 영역으로 이동된 객체는, 메모리에 즉시 제거되지 못하고 오랜 기간 남게 되죠. 이는 Old(Full) GC를 발생시켜 시스템 부하를 유발하게 해요. 실제로 시스템에 설정된 TimeOut 값은 3,000초(50분)에요.

Finalizer 참조 객체는 GC 발생 시, 즉시 메모리에서 수집되지 않고 Finalize 처리를 위한 대기 큐에 들어가요. 그다음 FinalizerThread에 의해 Finalize 처리 후 GC 발생 시 비로소 제거되죠. 때문에 리소스의 수집 처리가 지연될 수 있어요.

또한 FinalizerThread 스레드는 우선순위가 낮아요. Finalize 처리 객체가 많은 경우, CPU 리소스가 상대적으로 부족해지면 개체의 Finalize 메서드 실행을 지연하게 만들어요. 처리되지 못한 객체는 누적되게 만들죠.

요약한다면 FinalReference 참조 객체의 잘못된 관리는 1) 객체의 재 참조를 유발 2) 불필요한 객체의 누적을 유발 3) Finalize 처리 지연으로 인한 리소스 누적을 유발하게 해요.

PART2. 제니우스 APM을 통해 Finalize 객체를 모니터링하는 방법

Zenius APM에서는 JVM 메모리를 모니터링하고 분석하기 위한, 다양한 데이터를 수집하고 있어요. 상단에서 보았던 FinalReference 참조 객체의 현황에 대한 항목도 확인할 수 있죠. APM 모니터링을 통해 Finalize 처리에 대한 문제 발생 가능성도 ‘사전’에 확인 할 수 있답니다!

위에 있는 그림은 Finalize 처리 대기(Pending)중인 객체의 개수를 확인 가능한 컴포넌트에요.

이외에도 영역별 메모리 현황 정보와 GC 처리 현황에 대해서도 다양한 정보를 확인 할 수 있어요!

이상으로 Finalize 처리 객체에 의한 리소스 문제 발생 가능성을, 사례를 통해 살펴봤어요. 서비스에 리소스 문제가 발생하고 있다면, 꼭 도움이 되었길 바라요!

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©참고 자료

◾ uxys, http://www.uxys.com/html/JavaKfjs/20200117/101590.html

◾ Peter Lawrey, 「is memory leak? why java.lang.ref.Finalizer eat so much memory」, stackoverflow, https://stackoverflow.com/questions/8355064/is-memory-leak-why-java-lang-ref-finalizer-eat-so-much-memory

◾ Florian Weimer, 「Performance issues with Java finalizersenyo」, enyo,

https://www.enyo.de/fw/notes/java-gc-finalizers.html

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김진광APM팀(개발3그룹)

개발3그룹 APM팀에서 제품 개발과 기술 지원을 담당하고 있습니다.

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Tree 높이가 커지면 동시에 표시되는 노드도 증가하며, 컨테이너나 Row 높이가 불안정하면 범위 계산 오류와 반복 Layout이 발생할 수 있습니다. 따라서 정보 밀도와 노드 하나의 비용을 기준으로 Viewport를 설계해야 합니다. 검색은 DOM이 아니라 데이터 계층에서 처리합니다 Virtual Scroll에서는 화면 밖 노드가 DOM에 존재하지 않습니다. 여기에 지연 로딩까지 적용했다면 클라이언트가 전체 Tree 데이터를 보유하지 않을 수도 있습니다. 이러한 구조에서는 화면에 현재 존재하는 DOM만을 대상으로 검색해서는 전체 Tree를 탐색하기 어렵습니다. 따라서 서버는 전체 데이터를 검색해 노드 ID와 상위 경로를 반환하고, 클라이언트는 필요한 계층만 로딩해 검색 노드로 이동할 수 있습니다. 서버 검색 결과의 ID와 상위 경로를 이용한 노드 이동 Tree에서는 결국 데이터 조회 범위와 DOM 생성 범위를 분리해 관리하는 것이 중요합니다. 다음으로 Grid에서는 같은 문제를 Row와 Cell 단위에서 어떻게 바라볼 수 있는지 살펴보겠습니다. 02. Grid의 성능 Grid도 Virtual Scroll을 사용해 현재 Viewport와 인접 영역의 Row만 렌더링할 수 있습니다. 다만 Grid는 단순히 데이터를 보여 주는 것뿐 아니라 정렬, 필터, 검색, 페이지 이동을 통해 데이터를 탐색하는 경우가 많습니다. 따라서 Virtual Scroll과 함께 Pagination이나 서버 사이드 처리도 고려해야 합니다. Virtual Scroll과 Pagination은 서로 다른 탐색 경험을 제공한다 Pagination은 페이지당 Row 수를 제한하고 현재 위치를 명시적인 번호로 보여 줍니다. 전체 데이터가 크다면 모든 데이터를 클라이언트로 가져온 뒤 나누는 대신, 서버에 페이지 번호와 크기를 전달해 현재 범위만 응답받는 방식이 적합합니다. 이때 중요한 것은 단순히 데이터를 나누는 것뿐 아니라, 정렬과 필터를 어떤 순서로 적용할 것인지입니다. 정렬과 필터는 Pagination 이전에 적용합니다 현재 페이지에서만 정렬하거나 필터링하면 다른 페이지의 데이터는 결과에 반영되지 않습니다. 전체 데이터 기준의 일관된 결과가 필요하다면 서버에서 필터와 정렬을 먼저 수행한 뒤 페이지 범위를 추출해야 합니다. 서버 사이드 필터, 정렬, Paging 처리 순서 반대로 데이터가 작고 전체 결과가 이미 클라이언트에 있다면 클라이언트 처리가 더 단순할 수 있습니다. 서버 사이드 처리는 데이터가 크거나 지속적으로 변경되고, 전체 결과의 일관성이 필요한 경우에 적합합니다. Grid에서는 데이터 범위뿐 아니라 Cell 내부 구조도 성능에 영향을 줍니다. 특히 Grid를 조회 화면이 아니라 편집 화면으로 사용하는 경우에는 이 차이가 더 커질 수 있습니다. Grid를 에디터로 사용하면 Cell이 렌더링 단위가 됩니다 편집 가능한 Cell에는 Text Input, Select, Date Picker, Validation과 Popup이 포함될 수 있습니다. 이 경우 Grid의 비용은 Row 수뿐 아니라 Column 수와 Cell 하나의 DOM 및 컴포넌트 복잡도에 영향을 받습니다. Grid 렌더링 비용 = Row 수 × Column 수 × Cell 하나의 복잡도 표시 상태와 편집 상태를 분리해 에디터 생성 범위를 제한한다 일반 상태에서는 텍스트나 포맷된 값만 보여 주고, 현재 편집 중인 Cell 또는 Row에만 에디터를 생성할 수 있습니다. CSS로 숨기는 것만으로는 이미 생성된 DOM과 컴포넌트 초기화 비용이 남으므로 조건부 렌더링이 필요합니다. 편집 상태는 UI 생명주기와 분리합니다 Virtual Scroll에서는 편집 중인 Row가 Viewport 밖으로 이동하면서 DOM에서 제거될 수 있습니다. 따라서 수정 값은 에디터 내부가 아니라 Row 데이터나 별도 저장소에 보관해야 합니다. 즉, Grid에서는 화면에 보이는 Row 수를 줄이는 것뿐 아니라 Cell 내부 컴포넌트를 언제 생성하고, 편집 상태를 어디에 보관할지까지 함께 고려해야 합니다. Tree와 Grid가 주로 DOM과 컴포넌트 생성 범위의 문제라면, CSS에서는 화면 변경 시 브라우저가 다시 계산해야 하는 스타일 범위가 중요한 요소가 됩니다. 03. CSS의 성능 DOM 구조나 Class, 상태가 변경되면 브라우저는 기존 스타일 결과를 계속 사용할 수 있는지 판단합니다. 기존 결과를 사용할 수 없다고 판단하는 과정을 Style Invalidation이라고 하며, 무효화된 요소는 다시 Style Calculation의 대상이 됩니다. CSS 성능을 살펴볼 때는 다음과 같은 요소를 함께 확인해야 합니다. 선택자가 탐색하는 DOM의 범위와 적용되는 요소 수 상태 변경으로 스타일이 무효화되는 범위와 변경 빈도 변경된 속성이 요구하는 Layout, Paint, Composite 단계 동시에 애니메이션되는 요소의 수 이 기준을 구체화하기 위해 선택자 평가 범위와 관련된 :has()와, 속성 변경 비용을 보여 주는 transition을 대표 사례로 살펴보겠습니다. :has()는 관계를 조건으로 선택합니다 :has()는 특정 요소가 조건을 만족하는 하위 또는 인접 요소를 가지고 있는지에 따라 대상을 선택하는 관계형 가상 클래스입니다. 상위 요소를 선택하는 용도로 자주 사용되므로 부모 선택자라고도 설명합니다. :has()의 비용은 기준 요소와 탐색 범위에 영향을 받는다 :has() 자체가 항상 느린 것은 아닙니다. 다만 body나 :root처럼 넓은 요소를 기준으로 사용하고, 상태가 빈번하게 변경되며, 같은 선택자가 많은 반복 요소에 적용된다면 Style Invalidation 범위가 커질 수 있습니다. 따라서 선택자의 형태 자체보다 어느 범위에서 얼마나 자주 평가되는지를 함께 보는 것이 중요합니다. 상태 Class도 대안입니다 애플리케이션이 이미 선택 상태를 관리한다면 상위 요소에 상태 Class를 직접 지정할 수 있습니다. 선택자 평가는 단순해지지만 상태와 DOM Class의 동기화가 필요하므로 실제 비용을 측정해 판단해야 합니다. 선택자의 범위와 함께 살펴봐야 할 또 하나의 요소는 변경하는 CSS 속성입니다. 같은 시각적 변화라도 어떤 속성을 사용하는지에 따라 브라우저가 수행하는 렌더링 단계는 달라질 수 있습니다. transition은 무엇을 변경하느냐가 중요합니다 transition은 속성값의 시작과 종료 사이를 일정 시간 동안 보관합니다. width, height, left처럼 크기와 배치에 관여하는 속성은 프레임마다 Layout과 Paint를 유발할 수 있습니다. 반면 transform과 opacity는 배치를 변경하지 않으므로 조건이 맞으면 Composite 단계에서 처리될 수 있습니다. Layout 속성과 Composite 중심 속성의 일반적인 렌더링 경로 Toggle Handle처럼 보이는 위치만 이동한다면 left 대신 translateX를 검토할 수 있습니다. 반대로 주변 요소가 변경된 크기와 위치를 기준으로 재배치되어야 한다면 Layout 속성이 필요합니다. transform 역시 항상 정답은 아닙니다. 과도한 레이어 승격은 메모리와 Composite 비용을 증가시킬 수 있기 때문입니다. 결국 CSS에서도 중요한 것은 특정 속성이나 선택자를 무조건 피하는 것이 아니라, 브라우저가 다시 계산해야 하는 범위와 단계를 줄이는 것입니다. 04. 세 사례에서 공통으로 줄인 것 Tree, Grid, CSS에는 서로 다른 해결 방법이 적용되었지만 브라우저 관점에서는 같은 방향의 최적화입니다. 공통적으로 줄인 것은 브라우저가 다시 처리해야 하는 작업의 범위입니다. 세 사례를 비교해 보면 성능 문제의 형태는 달라도, 결국 얼마나 많은 요소를 동시에 처리하는지, 한 번의 변경이 어디까지 영향을 주는지, 같은 작업이 얼마나 반복되는지로 문제를 나눠볼 수 있습니다. 성능 문제를 분해하는 세 가지 질문 웹 UI의 성능 문제를 확인할 때는 다음 세 가지 질문을 기준으로 살펴볼 수 있습니다. 동시에 관리하는 DOM과 컴포넌트는 몇 개인가? 한 번의 변경이 어느 범위까지 영향을 주는가? 같은 작업이 얼마나 자주 반복되는가? 이렇게 문제를 나눈 뒤에는 실제 브라우저에서 어떤 작업이 오래 걸리고 있는지 확인해야 합니다. 렌더링 원리는 측정 지점을 찾기 위한 기준입니다 브라우저 렌더링 원리를 이해한다고 모든 성능 문제가 해결되는 것은 아닙니다. 다만 어떤 항목을 측정해야 하는지 판단하는 기준은 될 수 있습니다. Tree와 Grid에서는 DOM Node 수, Scripting 및 Rendering 시간, Long Task와 Frame Drop을 확인할 수 있습니다. CSS에서는 Recalculate Style, Selector Stats, Layout과 Paint 빈도, 합성 레이어 수를 확인해야 합니다. 이때 한 가지 더 구분해야 할 것은 모든 화면 지연이 렌더링에서 발생하는 것은 아니라는 점입니다. 모든 화면 지연이 렌더링 문제는 아닙니다 서버 응답 이전의 지연과 응답 이후 Main Thread의 지연을 구분해야 합니다. 네트워크, 서버, 이미지, 메모리와 비동기 상태 관리 문제도 별도의 측정이 필요합니다. 따라서 화면이 느리다는 현상만으로 원인을 렌더링 문제로 단정하기보다, 먼저 지연이 발생하는 구간을 나누고 그에 맞는 지표를 확인하는 과정이 필요합니다. 마치며 Virtual Scroll, Pagination, 조건부 렌더링과 transform은 그 자체로 성능을 보장하지 않습니다. 각각 데이터 조회 범위, DOM 수, 컴포넌트 생성 범위와 렌더링 단계를 제어하기 위한 수단입니다. 중요한 것은 빠르다고 알려진 기술을 적용하는 것이 아니라, 현재 화면에서 브라우저가 수행하는 작업을 구분하고 실제 측정으로 판단하는 것입니다. Tree에서는 얼마나 많은 DOM이 동시에 생성되는지, Grid에서는 Row와 Cell 내부 컴포넌트가 어느 범위까지 만들어지는지, CSS에서는 한 번의 변경으로 얼마나 넓은 범위가 다시 계산되는지를 살펴봐야 합니다. 브라우저 렌더링 원리를 이해하는 목적은 불필요한 비용을 처음부터 줄이고, 성능 문제가 발생했을 때 올바른 측정 지점을 선택하는 데 있습니다. 참고 자료 web.dev - Rendering performance Chrome DevTools - Selector Stats WebKit - CSS :has() 2026.08.31