G1回收器介绍

G1回收器介绍

Garbage-First (G1)垃圾回收器适用于“CPU多核、大内存”的服务器。它尝试以高概率满足垃圾收集(GC)暂停时间目标，同时实现高吞吐量 。

G1回收器将heap分成一组大小相等的region（大约2000个），每个region的大小固定在1~32MB（必须为2的幂数）。每个region的内存是物理连续的，不同的region内存物理地址不一定连续，但是同generation的多个region是逻辑连续的。 这就是G1“区域化”。

一组region被逻辑划分成“young generation（含eden区、survivor区）”、“old generation（含old region,humongous region”。young generation和old generation的内存地址不是固定不变的，会应用的运行，由jvm在Xmx范围动态调整。

注意:G1中没有survivor0 和 survivor1之分，只有一个，大小是动态分配的。

什么是RSets？

每个Region初始化时，会初始化一个remembered set（已记忆集合），该集合用来记录并跟踪其它Region指向该Region中对象的引用。

如下：Region1和Region3中有对象引用了Region2的对象，则在Region2的Rset中记录了这些引用。

在垃圾回收时，根据Rsets即可知道一个region中的对象被哪些region引用，这样可以避免扫描整个堆来找到可以回收的垃圾。

什么是Csets?

垃圾回收器计划回收的region集合。

YoungGC过程？

步骤1.  选择收集集合（Collection Set），G1会在遵循用户设置的GC暂停时间上限的基础上，选择一个最大年轻代region数，将这个数量的所有年轻代区域作为收集集合。

步骤2.  根处理（Root Scanning），接下来，需要从GC ROOTS遍历，查找从ROOTS直达到收集集合的对象，移动他们到Survivor区域的同时将他们的引用对象加入标记栈

步骤3.  RSet扫描（Scan RS），将RSet作为ROOTS遍历，查找可直达到收集集合的对象，移动他们到Survivor区域的同时将他们的引用对象加入标记栈

步骤4.  移动（Evacuation/Object Copy），遍历上面的标记栈，将栈内的所有所有的对象移动至Survivor区域（其实说是移动，本质上还是复制）

注意：YoungGC过程中，存活对象copy到survivor区或者old区的过程是需要STW的。

eden区和survivor区的大小是动态计算的，可能会一直在变动过程中。

触发条件：当JVM无法将新对象分配到eden区域时，会触发年轻代的垃圾回收（年轻代垃圾回收是完全暂停的，虽然部分过程是并行，但暂停和并行并不冲突）。也会称为“evacuation pause”

G1回收器回收old generation的标记过程

• 初始标记阶段（Initial Mark）：需要STW。 对于G1，该过程依附在一个正常的Young GC上。 标记survivor区域的GCroots，这些区域可能引用old generation中的对象。
• GCroots扫描阶段（root scan）：扫描initial mark阶段标记出的GC roots关联的survivor区的对象，以及这些对象引用old generation的对象。标记出引用的对象。
• 并发标记阶段（concurrent mark）：在整个heap中标记存活对象（live object）。该过程和应用线程并发执行不需要STW,也可以被young GC打断。
• 重新标记阶段（remark）：需要STW。使用'SATB[snapshot-at-the-beginning]'算法再次标记前述几个过程中断开的引用，避免漏标。  <解决了CMS可能的垃圾漏标问题>
• 清理阶段（cleanup）：
  1. 统计存活对象，根据设定的目标停顿时间，确定要回收的region。该过程需要STW
  2. 清空Remembered Sets("Rsets")。该过程需要STW
  3. 重置空的region，并将其加到空白列表中。该过程是concurrent的。

什么是MixedGC?

mixedGC,即混合GC，针对年轻代和老年代都进行垃圾回收。mixedGC是G1垃圾回收器中特有的概念。

触发条件：一旦老年代占据堆内存的 45%（-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent：设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值，默认值是 45%。），就要触发 Mixed GC的标记周期。

什么是full gc？

对整个堆进行回收，包括新生代，老年代、metaspace等。

触发条件：当mixedGC回收内存的速度无法跟上内存分配的速度，导致老年代也满了，就会进行Full GC对整个堆进行回收。G1中的Full GC也而是单线程串行的，而且是全暂停，使用的是标记-整理算法，代价非常高。

G1回收器引入STW的几种情形？

1. copy存活对象到新的region时；（如YoungGC，MixedGC)
2. initial mark过程
3. remark过程
4. cleanup的部分动作（确定要清空的region，以及确定下次回收的old generation region的"候选人"）

官方文档：

• Getting Started with the G1 Garbage Collector
• https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/g1_gc.html#garbage_first_garbage_collection
• https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/g1_gc_tuning.html#g1_gc_tuning