聊聊JVM G1（Garbage First）垃圾收集器

CMS的垃圾回收机制，为什么分为四步https://blog.csdn.net/genffe880915/article/details/144205658说完CMS垃圾回收器，必定要说到目前一般应用项目中都推荐的G1。G1在JDK1.7 update4时引入，在JDK9时取代CMS成为默认的垃圾收集器。它是HotSpot在JVM上力推的垃圾收集器，并赋予取代CMS的使命。

简述

G1垃圾收集器不同于老版垃圾收集器，采用了独特的内存管理策略，实现了对整个堆空间的垃圾收集。G1分代上还是参考了老版的设计思想。它将堆内存分为多个大小相等的区域（Region），每个Region可以是Eden区、Survivor区或者Old区。

通过以下参数可以启用G1、设置Region的大小等：

// 整堆启用G1的垃圾回收器
-XX:+UseG1GC// 设置最大暂停时间（默认200ms）
-XX:MaxGCPauseMillis=n// 指定Region的内存大小，n必须是2的指数幂，其取值范围是从1M到32M
-XX:G1HeapRegionSize=n// 指定垃圾回收工作的线程数量
-XX:ParallelGCThreads=n

G1还对大对象（Humongous）进行了独立的处理，在国内的很多资料中介绍都会称为Humongous区，将该Region和Old区进行区分开来。但是我参考外网的资料我发现其介绍如下：

In G1 GC we've already described how objects are stored in regions. If the object size is equal to or greater than 50% of the region size, it is considered a humongous object. Humongous objects are allocated directly to the old generation, are handled differently and can cause fragmentation.

如果我没理解错的话，大对象会直接分配到Old区，并没有独立分区的概念。

Whatever，为便于理解我们还是称为Humongous区。 

Houmongous区的判断规则为当一个对象大于或等于Region大小的50%，甚至可能横跨了多个Region来存放。

G1根据每个Region的垃圾收集情况来决定下一次的垃圾收集Region，这样避免了对整个堆内存收集，从而减少垃圾收集时间。

原理

G1垃圾收集模式有两种：Young GC和Mixed GC

Young GC主要针对年轻代区域，包括Eden区和Survivor区。当所有Eden区使用率达到了最大阈值（默认60%）或者G1计算出来的回收时间接近用户设定的最大暂停时间时，会触发Young GC。将这两个Region的对象复制到另外的Survivor。

Young GC在收集时采用了三个关键技术，分别是记忆集、卡表和写屏障。

• 记忆集是G1内部维护引用关系表，记录了跨代引用（不会记录年轻代的互相引用），即非回收区域（老年代）对象引用回收区域对象的关系。
• 卡表、卡页：每个Region可以继续划分就成为卡页，每个Region会额外配置一小块内存用于记录堆中哪些卡页引用了自己Region中的对象，称为卡表。如果引用了自己Region中的对象，则称为脏卡。
• 写屏障实际上是更新卡表的技术，类似于Java中AOP技术。在用户线程中老年代的对象引用了年轻代对象时，更改卡表中对应的字节为脏卡，同时将脏卡放入一个队列中，JVM有独立的线程定期读取队列中的数据，更新数据集。

记忆集记录了跨代的引用，在GC的时候，可以快速的借助它和GC Roots搞定跨代引用的可达对象分析问题，提高收集效率。 

Mixed GC为G1特有的收集方式，针对年轻代和部分老年代区域。当老年代的使用率达到了阈值（默认45%）或年轻代被分配了Humougous对象，会触发Mixed GC，回收所有年轻代和一部分老年代区。

在回收老年代的时候，往往因为对象较多，G1为提高收集效率并减少STW，耗时长的阶段采用了用户线程并行方式，总体分为初试标记、并发标记、最终标记、清理和转移。这几个方式听起来是不是和CMS的部分阶段挺类似的。

• 初始标记阶段，G1会短暂STW，快速标记出和GC Roots跟对象直接关联的对象。
• 并发标记阶段是从GC Roots直接关联的对象出发，完整遍历堆内的关联对象，这个耗时较长，但是与用户线程并行。
• 最终标记会STW，主要用于修正并发标记期间发生变动的对象。
• 清理阶段也会暂停用户线程，在标记完成后，G1垃圾收集器会整理Region区，调整记忆集，当某个Region没有存活对象后，则清理该Region。
• 转移阶段也会STW，将某个Region存活的对象赋值到另外一个Region。

总结

在上面的原理中，Mixed GC会暂停用户线程三次，但是在G1垃圾收集器中，采用的记忆集、卡表和写屏障的技术，有点类似数据库的索引一样，最大程度的减少了STW的时间。

当整个G1垃圾收集器也并不是我所描写的这么简单，例如MixedGC中用到的三色标记算法和SATB技术，还有更多深层的技术细节期待与诸位共同学习，本文仅做初步的概念普及。

欢迎使用haptool.com(哈普工具)，让程序员的工作更有效率。