深入浅出JVM（十八）之并发垃圾收集器G1

深入浅出JVM（十八）之并发垃圾收集器G1

”好事“

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在这篇文章 深入浅出JVM（十六）之三色标记法与并发可达性分析 中，我们曾说明过GC线程和用户线程并发执行导致的对象消失问题，可以使用增量更新或原始快照的方式来解决

上文深入浅出JVM（十七）之并发垃圾收集器CMS中描述过使用增量更新的CMS，本文将介绍使用原始快照的G1垃圾收集器

Garbage First

G1 全称 Garbage First 面向服务端的垃圾收集器，G1诞生是为了在延迟可控的情况下尽可能高的吞吐量

Region

G1 不再使用分代收集算法，把Java堆内存分为多个大小相等的区域（Region），面向堆内存任何部分来组成区(Region)进行收集，哪块内存垃圾最多，收益最大就回收哪块

region

Region分为新生代Eden、新生代Survive、大对象Humongous

大多数情况下Humongous被当成老年代

当大对象太大，一个Humongous不够时，使用连续多个Humongous存储

每个区域设计2个TAMS(Top at Mark Start)指针，把区域中一部分空间划分出来用来为新对象分配内存（指针碰撞，内存规整）

G1从整体上可以看成使用标记-整理算法，从局部上可以看成使用区域间复制算法

执行过程与流程图

G1采用原始快照来解决GC线程与用户线程并发时的对象消失问题

G1收集器在后台维护一个优先级队列跟踪各个区域中的垃圾回收价值（回收垃圾的大小和回收时间的情况）

根据-XX:MaxGCPauseMillis用户规定的收集停顿时间来优先回收垃圾回收价值最大的区域

执行过程

1. 初始标记 : 标记GC Roots能直接关联的对象，修改TAMS指针（停顿用户线程，耗时短）
2. 并发标记 : 从GC Roots直接关联对象开始遍历整个引用链的过程（GC线程与用户线程并发执行耗时长），扫描完还要处理原始快照记录在并发时有引用变动的对象
3. 最终标记 : 处理并发阶段遗留下来的少量原始快照记录（停顿用户线程，耗时短）
4. 筛选回收 : 更新区域的垃圾回收价值，把各个区域的垃圾回收价值（要算成本:回收时间）在优先级队列中排序，根据用户所期望的停顿时间制定回收计划，把要回收的那片区域存活的对象复制到空区域中（复制对象要暂停用户线程，GC线程并行执行）

如果期望停顿时间设置太短（不符合实际），由于停顿时间短，回收垃圾速度<为新对象分配内存速度，会导致堆满Full GC反而会降低性能

G1执行过程

参数

-XX:+UseG1GC 使用G1收集器

-XX:G1HeapRegionSize设置每个region大小

-XX:MaxGCPauseMillis设置预期停顿时间 （默认200ms，最好不要太小）

-XX:ParallelGCThread设置GC线程数

-XX:ConcGCThreads设置并发标记线程数

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent设置触发老年代GC的堆占用率阈值

特点

优点

1. 整体:标记-整理、局部:复制，不会产生内存碎片
2. 从用户期望时间来回收垃圾价值最高的垃圾
3. 原始快照的好处（记录旧引用，不需要添加新引用记录，减少并发标记、重新标记阶段的消耗）

缺点

1. 因为有很多区域，跨区域引用对象问题频繁出现，每个区域要维护记忆集（Key:别的区域地址 Value:集合存储卡表的索引号），卡表实现复杂（其他卡表:我指向谁，这里的卡表:我指向谁+谁指向我），所以占用内存更大
2. 执行负载大（写屏障操作复杂）

写后屏障维护复杂的卡表

原始快照的坏处（需要记录旧引用）:写前屏障跟踪并发指针变化，在用户程序运行中产生有跟踪引用变化带来的额外负担

CMS写屏障可以直接同步，而G1写屏障太复杂要把写前屏障和写后屏障中做的事放到队列中，异步处理

总结

本篇文章深入浅出的介绍G1并发垃圾收集器Region、执行过程、流程图、参数、特点等知识

G1不使用分代算法，将内存分为Region，Region分为Eden、Survive、Humongous，从局部可以看成复制算法，整理上看成标记-整理算法

G1初始标记枚举GC根节点，在并发标记中使用原始快照解决对象消失问题，最终标记后使用优先级队列优先回收价值高的region

G1不会产生内存碎片，能够在期望的低延迟中完成价值最大的清理，但维护跨代引用、写后屏障等开销大

内存较大、处理器较多、期望低延迟、面向服务端的垃圾收集器可以选择G1

最后（一键三连求求拉~）

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