HotSpot JVM里的G1垃圾收集器

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G1垃圾收集器

HotSpot JDK 7从update 4开始引入了G1垃圾收集器。

G1收集器是服务器风格的垃圾回收器，主要针对多处理器机器上占用大量内存的应用。G1能缩短暂停时间，也能提供高吞吐量。

与CMS的区别

和CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器相比，G1具备压缩功能，能避免碎片问题；G1的暂停时间更加可控，用户可以指定暂停时间指标。

以前的垃圾收集器（顺序、并行、CMS）都把堆分为三个部分：年轻代、老年代、永久代，三个部分的大小都是固定的。而在G1里，堆被分为若干区域，每个区域里的内存是连续的。区域会有“角色”，但某个“角色”的大小并不固定，这就提供了更大的内存使用灵活度。



执行垃圾回收的时候，G1的操作和CMS有些类似，G1也会和应用并行地进行全局标记。标记阶段结束后，G1会优先收集存活对象少（占用空间小）的区域，也就是垃圾（可回收对象）多的区域。G1采用“pause prediction模型”，根据用户定义的暂停时间指标确定回收区域的个数。

G1要回收的区域会被清空，里面的存活对象会被拷贝到堆里的另一个单独区域，压缩、释放原区域里的内存。在多处理器机器上，这会并行地执行，减少暂停时间、增加吞吐量。

但G1不是实时收集，它会基于前面收集的相关数据进行评估，看在用户指定的暂停时间里能收集几个区域。



G1里有两个数据结构：

Remembered Sets（RSets）：每个堆区域都有一个RSet，记录该区域里的对象引用。有了RSet，就可以对区域进行并行、独立的收集。
Collection Sets（CSets）：GC要收集的区域集合，集合里的区域可以是任意角色（Eden、Survivor或老年代）。CSet里记录的区域都会被清空（回收掉或者移走）。

适用场景

G1适合堆大小差不多是6GB或者更大，暂停时间要求在0.5秒以下的场景。如果应用具备如下一个或多个特征用G1会有比较好的效果：

Full-GC执行太频繁，或者持续的时间太长
对象分配的速度差距较大
不希望GC暂停时间超过0.5-1秒

但如果应用或系统的GC暂停时间本来就不长，建议还是保持原先的GC，不要换成G1

工作步骤

堆被划分为很多区域，区域大小由JVM确定（用户也可以设置），通常是1MB-32MB，大约2000个。

区域会具备“Eden”、“Survivor”、“老年代”的角色，但它们不是连续的。还有另外一种区域，叫Humongous区域，它用来存放大对象（大小超过区域大小的50%），这些区域是连续的。

年轻代

存活对象会被拷贝/移动到一个或多个“Survivor”区域，存活时间够长的直接移到“老年代”区域。这里会stop the world，但young GC的过程是多线程执行的。

老年代

1、初始标记（stop the world）：标记引用老年代里对象的Survivor区域，这些Survivor区域叫root区域 GC pause (young)(inital-mark)

2、扫描root区域：扫描survivor区域，找到引用老年代里内容的对象。young GC开始前要完成。

3、并发标记：找出整个堆里可达的对象，计算各个区域的对象存活率。这个阶段可能会被年轻代的GC中断。

4、Remark（stop the world）：对并发标记阶段的结果查漏补缺，使用snapshot-at-the-beginning（SATB）算法，比CMS使用的算法快很多；而且会回收空区域（没有存活对象的区域）

5、清理：先stop the world，收集对象存活率最低的区域，然后清理Remembered Set。接着应用可以运行了，这时会重置空闲区域，并将这些区域返回给free list。年轻代和老年代同时回收

6、拷贝（stop the world）：将存活对象拷贝到没有使用的区域里

命令行选项

G1可用的命令行选项有：

-XX:+UseG1GC——让JVM使用G1垃圾回收器

-XX:MaxGCPauseMillis=200——设置GC暂停时间目标值，缺省200毫秒。但这不是硬指标，JVM会尽力满足。

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45——整个堆被占用多少之后开始进行GC，缺省为45，0表示持续不停进行GC

-XX:NewRatio=n——年轻代和老年代的比例，缺省为2

-XX:SurvivorRatio=n——Eden和Survivro的比例，缺省为8

-XX:G1ReservePercent=n——保留的堆大小，减少晋升过程中出错的可能性，也就是增加可用的to-space内存，缺省是10

-XX:G1HeapRegionSize=n——G1中，堆分为大小相等的区域。这个参数设置区域的大小，缺省值取决于堆的总大小，有效取值是1M-32M。

最佳实践

使用G1时的最佳实践

1、不要设置年轻代的大小（-Xmn），否则会扰乱G1的缺省行为，JVM也不会满足用户指定的暂停时间。而且设置了固定值的话，G1将无法随需扩展年轻代的大小

2、GC暂停时间不是100%能保证的

3、如果GC的晋升过程中遇到堆区域溢出（使用-XX:+PrintGCDetails看到to-space overflow），可以通过下面几种方式避免：

增加-XX:G1ReservePercent=n，缺省值是10。这可以增加可用的to-space内存
使用-XX:ConcGCThreads=n增加标记线程数目