G1 垃圾收集器介紹

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來源：佔小狼，

www.jianshu.com/p/0f1f5adffdc1

為解決CMS演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）演演算法，透過引數-XX:+UseG1GC來啟用，該演演算法在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效能

• 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在執行時都充當了一種角色，其中H是以往演演算法中沒有的，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的大小可以透過-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，活躍物件會被複製到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，虛擬機器會觸發一個混合的垃圾收集器，即mixed gc，該演演算法並不是一個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，當老年代大小佔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的存活物件資訊

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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