G1垃圾收集器

G1垃圾收集器简介

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Garbage First(简称:G1)收集器是垃圾收集器技术发展历史上的一个里程碑,它开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式.

G1是一款主要面向服务端应用的垃圾收集器,HotSpot开发团队赋予它的期望是未来可以替换掉JDK5中发布的CMS收集器. JDK9发布之日,G1宣布取代了Parallel Scavenge加Parallel Old的组合,成为服务端模式下默认的垃圾收集器,而CMS则被声明为(Deprecate)使用的收集器.

G1实现了可控停顿时间的垃圾收集器,通过-XX:MaxGCPauseMillis参数进行设置，默认是200ms。

Region简介

G1开创了基于Region的堆内存布局,虽然G1也遵循分代思想,但是堆内存布局和其它垃圾收集的内存布局有着巨大的变化. G1垃圾收集器不再坚持固定大小分代分区,而是把连续的堆内存分成大小一样的独立区域(Region),每一个Region可以根据需要扮演新生代(Eden),Survivor空间,老年代。 G1垃圾收集器可以根据扮演不同角色的Region采用不同的策略去处理，这样无论是新创建的对象，还是已经存活了一段时间的对象, 或则经历过很多次垃圾收集但是还存活下来的对象,都会有很好的效果。

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G1中五种不同的Region

• 新生代(Eden Region)
• 年轻代(Survivor Region)
• 老年代(Old Region)
• 巨型对象(Humongous Region)
• 未分配(Free Region)

巨型对象区(Humongous Region)

Region中有一种特殊的Humongous Region,专门用来存储大对象。G1收集器规定只要对象的大小超过了Region大小的一般就会被认为是巨型对象 。每个Region的大小可以通过-XX:G1HeapRegionSize来调整(1MB-32MB,且为2的N次幂)。G1收集器通常把Humongous Region看做老年代的一部分。

对象划分的规则

• 对象大小小于一半Region,直接存储到标记为Eden的Region
• 对象大小大于一半Region但是小于一个Region,存储到标记为Humongous的Region中
• 对象大小超过一个Region大小,存储到标记为Humongous的多个连续Region中

GC类型

• youngGC:回收Eden区和Survivor区
• MixedGC:回收所有的新生代和部分老年区
• FullGC:回收整个堆

Remenbered Set,简称RSet

由于分代的内存不连续,导致GC搜索垃圾对象时,需要扫描整个堆。为了解决这个问题,G1为每个Region都维护了一个Remenbered Set,用来记录对象的引用情况,当GC发生的时候根据Remenbered Set的索引情况去搜索。

Remenbered Set存储的引用关系类型

• 1.分区内引用
• 2.新生代分区Y1引用新生代分区Y2
• 3.新生代分区Y1引用老年代分区O1
• 4.老年代分区O1引用新生代分区Y1
• 5.老年代分区O1引用老年代分区O2

youngGC时,GC Root主要是两类,栈空间和老年代到新生代区分的引用(2,3)关系。

MixedGC时,由于只收集老年代区,所以老年代分区引用(4,5)关系将被使用。

G1垃圾收集器执行步骤

初始标记

标记GC Roots能够直接关联的对象(Root Region),修改TAMS指针的值,使的下一阶段用户线程并发运行时,能在正确的Region中分配对象。

需要停顿用户线程,但耗时很短,且借助Minor GC时同步完成。

• TAMS：Top at Mark Start，Region 中的指针，用于并发标记时为对象分配内存空间。

根分区扫描

拿到初始标记的Root Region,扫描整个堆的所有Region的Rset看是否有Root Region,并标记Region

并发标记

遍历上一步标记过的Region对堆中对象进行可达性分析,递归扫描整个堆里的对象图,找到要回收的对象。耗时较长,可以和用户线程并行。

耗时较长,可遇用户线程并行,当对象扫描完成以后,还要重新处理SATB记录下的在并发时有引用变动的对象。

重新标记

短暂的暂停用户线程,用于处理并发标记阶段遗留下来最后少量的SATB记录。

筛选回收

负责更新Region的统计数据,对各个Region的回收价值进行排序,根据用户所期待的停顿时间,来制定回收计划,可以自由选择任意组合的Region进行回收,然后将需要回收的Region中的对象复制到空的Region,再清理掉整个旧的Region.这里涉及移动存活对象,所以也要暂停用户线程,由多条收集器线程并行完成。

G1提高效率的有哪些点

• 使用Rset降低了扫描范围
• 重新标记阶段使用SATB速度比CMS的增量更快
• 清理过程中,选择部分回收价值高的Region进行清理(MixedGC),而不是所有的Region提高了清理效率。

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