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G1 垃圾收集器介紹

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來源:占小狼,

www.jianshu.com/p/0f1f5adffdc1


為解決CMS演算法產生空間碎片和其它一系列的問題缺陷,HotSpot提供了另外一種垃圾回收策略,G1(Garbage First)演算法,通過引數-XX:+UseG1GC來啟用,該演算法在JDK 7u4版本被正式推出,官網對此描述如下:

The Garbage-First (G1) collector is a server-style garbage collector, targeted for multi-processor machines with large memories. It meets garbage collection (GC) pause time goals with a high probability, while achieving high throughput. The G1 garbage collector is fully supported in Oracle JDK 7 update 4 and later releases. The G1 collector is designed for applications that:

  • Can operate concurrently with applications threads like the CMS collector.

  • Compact free space without lengthy GC induced pause times.

  • Need more predictable GC pause durations.

  • Do not want to sacrifice a lot of throughput performance.

  • Do not require a much larger Java heap.

G1垃圾收集演算法主要應用在多CPU大記憶體的服務中,在滿足高吞吐量的同時,竟可能的滿足垃圾回收時的暫停時間,該設計主要針對如下應用場景:

  • 垃圾收集執行緒和應用執行緒併發執行,和CMS一樣

  • 空閑記憶體壓縮時避免冗長的暫停時間

  • 應用需要更多可預測的GC暫停時間

  • 不希望犧牲太多的吞吐性能

  • 不需要很大的Java堆 (翻譯的有點虛,多大才算大?)

堆記憶體結構

1、以往的垃圾回收演算法,如CMS,使用的堆記憶體結構如下:

  • 新生代:eden space + 2個survivor

  • 老年代:old space

  • 持久代:1.8之前的perm space

  • 元空間:1.8之後的metaspace

這些space必須是地址連續的空間。

2、在G1演算法中,採用了另外一種完全不同的方式組織堆記憶體,堆記憶體被劃分為多個大小相等的記憶體塊(Region),每個Region是邏輯連續的一段記憶體,結構如下:

每個Region被標記了E、S、O和H,說明每個Region在運行時都充當了一種角色,其中H是以往演算法中沒有的,它代表Humongous,這表示這些Region儲存的是巨型物件(humongous object,H-obj),當新建物件大小超過Region大小一半時,直接在新的一個或多個連續Region中分配,並標記為H。

Region

堆記憶體中一個Region的大小可以通過-XX:G1HeapRegionSize引數指定,大小區間只能是1M、2M、4M、8M、16M和32M,總之是2的冪次方,如果G1HeapRegionSize為預設值,則在堆初始化時計算Region的實踐大小,具體實現如下:

預設把堆記憶體按照2048份均分,最後得到一個合理的大小。

GC樣式

G1中提供了三種樣式垃圾回收樣式,young gc、mixed gc 和 full gc,在不同的條件下被觸發。

young gc

發生在年輕代的GC演算法,一般物件(除了巨型物件)都是在eden region中分配記憶體,當所有eden region被耗盡無法申請記憶體時,就會觸發一次young gc,這種觸發機制和之前的young gc差不多,執行完一次young gc,活躍物件會被拷貝到survivor region或者晉升到old region中,空閑的region會被放入空閑串列中,等待下次被使用。

mixed gc

當越來越多的物件晉升到老年代old region時,為了避免堆記憶體被耗盡,虛擬機會觸發一個混合的垃圾收集器,即mixed gc,該演算法並不是一個old gc,除了回收整個young region,還會回收一部分的old region,這裡需要註意:是一部分老年代,而不是全部老年代,可以選擇哪些old region進行收集,從而可以對垃圾回收的耗時時間進行控制。

那麼mixed gc什麼時候被觸發?

先回顧一下cms的觸發機制,如果添加了以下引數:

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

當老年代的使用率達到80%時,就會觸發一次cms gc。相對的,mixed gc中也有一個閾值引數 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent,當老年代大小占整個堆大小百分比達到該閾值時,會觸發一次mixed gc.

mixed gc的執行過程有點類似cms,主要分為以下幾個步驟:

  1. initial mark: 初始標記過程,整個過程STW,標記了從GC Root可達的物件

  2. concurrent marking: 併發標記過程,整個過程gc collector執行緒與應用執行緒可以並行執行,標記出GC Root可達物件衍生出去的存活物件,並收集各個Region的存活物件信息

  3. remark: 最終標記過程,整個過程STW,標記出那些在併發標記過程中遺漏的,或者內部取用發生變化的物件

  4. clean up: 垃圾清除過程,如果發現一個Region中沒有存活物件,則把該Region加入到空閑串列中

full gc

如果物件記憶體分配速度過快,mixed gc來不及回收,導致老年代被填滿,就會觸發一次full gc,G1的full gc演算法就是單執行緒執行的serial old gc,會導致異常長時間的暫停時間,需要進行不斷的調優,盡可能的避免full gc.


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