【JVM】JVM内存结构之——G1收集器

目录

• 1. 什么是G1
• 2. G1收集器发展历程
• 3. G1收集器分区划分
• • 3.1 为什么G1收集器需要设计巨型对象
  • 3.2 G1收集器参数设置
• 3.3 G1收集器回收的细节
• • 3.4 G1收集器Rset问题（记忆集）
  • 3.5 G1两种回收策略
  • 4. G1收集器优缺点
• 5. G1收集器核心配置参数

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1. 什么是G1

G1收集器(Garbage-First Garbage Collector) 整堆收集。
G1收集器是一款在server端运行的垃圾收集器，专门针对于拥有多核处理器和大内存的机器，在JDK 7u4版本发行时被正式推出，在JDK9中更被指定为默认GC收集器。它满足高吞吐量的同时满足GC停顿的时间尽可能短。

1. 因为G1是一个并行/并发回收器，它把堆内存分割为很多不相关的区域（Region） （物理上 不连续的）。使用不同的Region来表示Eden、幸存者0（S0）区，幸存者（S1）1区，老年代等。
2. 由于这种方式的侧重点在于回收垃圾最大量的区间（Region），所以我们给G1一个名字：垃圾优先（Garbage First） 。
3. G1 GC有计划地避免在整个Java 堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。
4. G1收集器使用的是 整体上使用标记整理 两个Region 之间 标记复制算法。

2. G1收集器发展历程

1.2004发表：G1的第一篇paper
2.2012年才在jdk1.7u4中可用
3.2017 年jdk9中将G1变成默认的垃圾收集器以替代CMS。

3. G1收集器分区划分

1.使用G1收集器时，它将整个Java堆划分成约2048个大小相同的独立Region块，每个Region块大小根据堆空间的实际大小而定，整体被控制在1MB到32MB之间，且为2的N次幂，即1MB， 2MB， 4MB， 8MB， 1 6MB， 32MB。2048MB 每个独立区间1
2.可以通过-XXG1HeapRegionSize设定。所有的Region大小相同，且在JVM生命周期内不会被改变。
3.虽然还保留着新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region （不需要连续）的集合。通过Region的动态分配方式实现逻辑_上的连续。
一个region（分区）只能属于一个角色，有可能为eden区、S区、老年代等， E表示为Eden区、S区表示为S1，S0区，老年代O区 空白的表示为未使用的分配的内存。
H区存放巨型对象

3.1 为什么G1收集器需要设计巨型对象

1. 在G1收集器中也有一个新的内存区域，称作为：Humongous (H)区（巨型对象），主要存放一些比较大的对象，一个对象大于region的一半时，称之为巨型对象，G1不会对巨型对象进行拷贝，回收时会考虑优先回收。
   2.在以前收集器中，如果是一个大对象是直接放入到老年代中，而触发老年代GC不是很频繁，万一该大对象不是非常频繁的使用，则会非常浪费我们堆内存，为了解决这个问题在G1收集器专门弄一个H区存放巨型对象，如果一个H区装不下的情况下，则会寻找连续H区存储，如果还没有足够的空间，有可能会引发FULLGC.

3.2 G1收集器参数设置

-XX:+UseG1GC -Xmx32g -XX:MaxGCPauseMillis=200

其中-XX:+UseG1GC为开启G1垃圾收集器，-Xmx32g 设计堆内存的最大内存为32G，-XX:MaxGCPauseMillis=200设置GC的最大暂停时间为200ms。如果我们需要调优，在内存大小一定的情况下，我们只需要修改最大暂停时间即可。

3.3 G1收集器回收的细节

G1收集器回收过程分为三个环节：

1. 年轻代GC（Young GC ）
2. 新生代和并发标记过程（ Concurrent Marking
3. 混合回收（Mixed GC ）----
4. Full GC
   young gc（新生代） 一> young gc + concurrent mark（新生代+并发标） 一> Mixed GC（混合回收）顺序，进行垃圾回收。

1.应用程序分配内存,当年轻代的Eden区用尽时开始年轻代回收过程; G1的年轻代收集阶段是一个并行的独占式收集器。在年轻代回收期,G1 GC暂停所有应用程序线程,启动多线程执行年轻代回收。然后从年轻代区间移动存活对象到Survivor区间或者老年区间,也有可能是两个区间都会涉及。

2.当堆内存使用达到一定值(默认45%)时,开始老年代并发标记过程。—CMS

3. 标记完成马上开始混合回收过程。对于一个混合回收期, G1 GC从老年区间移动存活对象到空闲区间,这些空闲区间也就称为了老年代的一部分。和年轻代不同,老年代的G1回收器和其他GC不同,G1的老年代回收器不需要整个老年代被回收,一次只需要扫描/回收一小部分老年代的Region就可以了。同时,这个老年代Region是和年轻代一起被回收的。

3.4 G1收集器Rset问题（记忆集）

1.概念：
在垃圾收集过程中，会存在一种现象，即跨代引用，在G1中，又叫跨Region引用。如果是年轻代指向老年代的引用我们不用关心，因为即使Minor GC把年轻代的对象清理掉了，程序依然能正常运行，而且随着引用链的断掉，无法被标记到的老年代对象会被后续的Major GC回收

2.如果是老年代指向年轻代的引用，那这个引用在Minor GC阶段是不能被回收掉的，那如何解决这个问题呢？

3.最合理的实现方式自然是记录哪些Region中的老年代的对象有指向年轻代的引用。GC时扫描这些Region就行了。这就是RSet存在的意义。RSet本质上是一种哈希表，Key是Region的起始地址，Value是一个集合，里面存储的元素是卡表的索引号。

4.现代JVM，堆空间通常被划分为新生代和老年代。由于新生代的垃圾收集通常很频繁，如果老年代对象引用了新生代的对象，那么，需要跟踪从老年代到新生代的所有引用，从而避免每次YGC时扫描整个老年代，减少开销。

5.对于HotSpot JVM，使用了卡标记（Card Marking）技术来解决老年代到新生代的引用问题。具体是，使用卡表（Card Table）和写屏障（Write Barrier）来进行标记并加快对GC Roots的扫描。

3.5 G1两种回收策略

G1 Young GC（新生代GC）
Young GC主要是对Eden区进行GC，它在Eden空间耗尽时会被触发。在这种情况下，Eden空间的数据移动到Survivor空间中，如果Survivor空间不够，Eden空间的部分数据会直接晋升到年老代空间。Survivor区的数据移动到新的Survivor区中，也有部分数据晋升到老年代空间中。最终Eden空间的数据为空，GC停止工作，应用线程继续执行。

G1 Mix GC（混合回收）

4. G1收集器优缺点

1. 并行与并发
   并行：G1收集器在回收时，可以实现多个GC线程同时执行 利用CPU多核利用率，但是会让用户线程暂停 触发stw机制。 堆6个GB JDK8环境开启G1 jdk9默认使用
   并发：多个GC与用户线程用时执行，用户线程不会阻塞。
2. 分代收集原理
   G1收集器，也会分为新生代、老年代, 新生代eden、S0或者S1区域，但是不要求整个eden、S0或者S1区域具有连续性。
   与之前的收集器不同，它可以收集新生代也可以收集老年代。
3. 空间整合
   之前我们所学习的CMS收集器采用标记清除算法，容易产生碎片化的问题且空间不连续性，而G1收集器划分成n多个不同的采用标记压缩算法，没有产生碎片化的问题。分配大对象的时候，避免FullGC的问题，所以如果堆内存空间比较大，使用G1收集器更加有优势。
4. 可预测的停顿时间模型 能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒。
   由于G1收集器采用分区模型，所以G1可以只选取部分区域进行内存回收，这样缩小了回收的范围，因此对于全局停顿情况的发生也能得到较好的控制。G1跟踪各个Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。

缺点：小内存的情况下使用cms收集器，大内存的情况下可以使用G1收集器。G1收集器6GB以上

5. G1收集器核心配置参数

JDK9已经默认开启了G1收集器，如果在JDK8开启G1收集器。需要配置
-XX：G1HeapRegionSize 设置每个Region的大小。值是2的幂，范围是1MB 到32MB之间，目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域。默认是堆内存的1/2000。 也就是G1收集器最小堆内存应该是2GB以上，最大堆内存64GB
-XX：MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大Gc停顿时间指标 ,默认值是200ms
-XX：ParallelGCThread 设置垃圾回收线程数 最大设置为8
-XX：ConcGCThreads 设置并发标记的线程数。将n设置为并行垃圾回收线程数（ParallelGCThreads）的1/4左右。
-XX：InitiatingHeapOccupancyPercent 设置触发并发GC周期的Java堆占用率阈值。超过此值，就触发GC。默认值是45。
-XX:+UseG1GC 设置开启G1收集器

-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc