# 垃圾回收器

# 垃圾回收器的分类

• 垃圾收集器没有在规范中进行过多的规定，可以由不同的厂商，不同版本的 JVM 来实现
• 由于 JDK 的版本处于高速迭代过程中，因此 Java 发展至今已经衍生出了众多的 GC 版本
• 从不同角度分析垃圾收集器，可以将 GC 分为不同的类型

# 串行回收与并行回收 (按线程数分)

按线程数分，可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器

• 串行回收指的是在同一时间段内只允许有一个 CPU 用于执行垃圾回收操作，此时工作线程被暂停，直至垃圾收集工作结束
  • 在诸如单 CPU 处理器或者较小的应用内存等硬件平台不是特别优越的场合，串行回收器的性能表现可以超过并行回收器和并发回收器。所以，串行回收默认被应用在客户端的 Client 模式下的 JVM 中
  • 在并发能力比较强的 CPU 上，并行回收器产生的停顿时间短于串行回收器
• 和串行回收相反，并行收集可以运用多个 CPU 同时执行垃圾回收，因此提升了应用的吞吐量，不过并行回收仍然与串行回收一样，采用独占式，使用了 STW 机制

# 并发式与独占式 (按工作模式分)

• 按照工作模式分，可以分为并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器
  • 并发式垃圾回收器与应用程序线程交替工作，以京可能减少应用程序的停顿时间
  • 独占式垃圾回收器 (STW) 一旦运行，就停止应用程序中所有用户线程，直到垃圾回收过程完全结束

# 压缩式与非压缩式 (碎片处理方式分)

• 按碎片处理方式，可分为压缩式垃圾回收器和非压缩式垃圾回收器
  • 压缩式垃圾回收器会在回收完成后，对存活对象进行压缩整理，消除回收后的碎片
  • 非压缩式的垃圾回收器不进行这步操作

# 年轻代与老年代 (工作内存区间分)

• 按工作的内存区间分，可以分为年轻代垃圾回收器与老年代垃圾回收器

# 评估 GC 的性能指标

• 吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的比例
  • 总运行时间：程序的运行时间 + 内存回收的时间
• 垃圾收集开销：吞吐量的补数，垃圾收集所用时间与总运行时间的比例
• 暂停时间：执行垃圾收集时，程序的工作线程被暂停的时间
• 手机频率：相对于应用程序的执行，收集操作发生的概率
• 内存占用 : Java 堆区所占的内存大小
• 快速：一个对象从诞生到被回收所经历的时间

• 这三者共同构成一个 “不可能三角”. 三者总体的表现会随着技术进步而越来越好。一款优秀的收集器通常最多同时满足其中的两项
• 这三项里，暂停时间的重要性日益凸显。因为随着硬件发展，内存占用多些越来越能容忍，硬件性能的提升也有助于降低收集器运行时堆应用程序的影响，即提高了吞吐量。而内存的扩大，对延迟反而带来负面效果
• 主要抓住两点 :
  • 吞吐量
  • 暂停时间

# 吞吐量与暂停时间

• 吞吐量就是 CPU 用于运行用户代码的时间与 CPU 总消耗时间的壁纸，即吞吐量 = 运行用户代码时间 / (运行用户代码时间 + 垃圾收集时间)
• 这种情况下，应用程序能容忍比较高的暂停时间，因此，高吞吐量的应用有更长的时间基准，快速响应是不必考虑的
• 吞吐量优先，意味着在单位时间内，STW 的时间最短

• 高吞吐量较好因为这会让应用程序的最终用户感觉只有应用程序线程在做 “生产性” 工作。直觉上，吞吐量越高程序运行越快
• 低暂停时间 (低延迟) 较好因为从最终用户的角度来看不管是 GC 还是其他原因导致一个应用被挂起始终是不好的。这取决于应用程序的类型，有时候甚至一个短暂的 200ms 暂停都可能打断终端用户体验。因此，具有低的较大暂停时间是非常重要的，特别是对于一个交互式应用程序
• 高吞吐量和低暂停时间是一对相互矛盾的目标
  • 如果选择吞吐量优先，那么必然需要降低内存回收的执行频率，但是这样会导致 GC 需要更长的暂停时间来执行内存回收
  • 如果选择以低延迟优先为原则，那么为了降低每次执行内存回收时的暂停时间，也只能频繁地执行内存回收，但这又引起了年轻代内存的所见和导致程序吞吐量的下降

在设计 (或使用) GC 算法时，必须确定目标：一个 GC 算法只可能针对两个目标之一 (即只专注于较大吞吐量或最小暂停时间), 或尝试找到一个二者的折衷

现在标准 : 在最大吞吐量优先的情况下，降低停顿时间

# 不同垃圾回收器概述

• 串行回收器 : Serial, Serial Old

• 并行回收器 : ParNew, Parallel, Scavenge, Parallel Old

• 并发回收器 : CMS, G1

• 虽然我们会对各个收集器进行比较，但并非为了挑选一个最好的收集器出来。没有一种放之四海皆准，任何场景下都适用的完美收集器存在，更加没有万能的收集器。所以我们选择的只是对具体应用最合适的收集器

# 查看默认垃圾收集器

• -XX:+PrintCommandLineFlags : 查看命令行相关参数 (包含使用的垃圾收集器)
• 使用命令行指令 : jinfo -flag 相关垃圾回收器参数 进程 ID

# 不同垃圾回收器

# Serial 回收器：串行回收

• Serial 收集器是最基本，历史最悠久的垃圾收集器. JDK1.3 之前回收新生代的唯一选择
• Serial 收集器作为 HotSpot 中 Client 模式下的默认新生代垃圾收集器
• Serial 收集器采用复制算法，串行回收和 STW 机制的方式执行内存回收
• 除了年轻代之外，Serial 收集器还提供用于执行老年代垃圾收集的 Serial Old 收集器. Serial Old 收集器同样也采用了串行回收和 STW 机制，只不过内存回收算法使用的是标记–压缩算法
  • Serial Old 是运行在 Client 模式下默认的老年代的垃圾回收器
  • Serial Old 在 Server 模式下主要有两个用途
    • 与新生代的 Parallel Scavenge 配合使用
    • 作为老年代 CMS 收集器的后背垃圾收集方案

这个收集器是一个单线程的收集器，但它的 “单线程” 的意义并不仅仅说明他只会使用一个 CPU 或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束

• 优势：简单而高效 (与其他收集器的单线程比), 对于限定单个 CPU 的环境来说，Serial 收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程手机效率
  • 运行在 Client 模式下的虚拟机是个不错的选择
• 在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大 (几十 MB 至一两百 MB), 可以在较短时间内完成垃圾收集 (几十 ms 至一百多 ms), 只要不频繁发生，使用串行回收器是可以接受的
• 在 HosSpot 虚拟机中，使用 -XX:+UseSerialGC 参数可以指定年轻代和老年代都是用穿行收集器
  • 等价于新生代用 Serial GC, 且老年代用 Serial Old GC

** 总结: **

现在已经不使用串行垃圾收集器了。而且在限定单核 CPU 才可以用.

对于交互较强的应用而言，这种垃圾收集器是不能接受的。一般在 Java Web 应用程序中是不会采用串行垃圾收集器的

# ParNew 回收器：并行回收

• 如果说 Serial GC 是年轻代中的单线程垃圾收集器，那么 ParNew 收集器则是 Serial 收集器的多线程版本
  • Par 是 Parallel 的缩写，New : 只能处理的是新生代
• ParNew 收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，两款垃圾收集器之间没有任何区别. ParNew 收集器在年轻代中同样也是采用复制算法，“Stop-the-World” 机制
• ParNew 是很多 JVM 运行在 Server 模式下新生代的默认垃圾收集器

对于新生代，回收次数频繁，使用并行方式高效

对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源. (CPU 并行不要切换线程，串行可以省去切换线程的资源)

• ParNew 收集器运行在多 CPU 的环境时，由于可以充分利用多 CPU, 多核心等物理硬件资源优势，可以更快速地完成垃圾收集，提升程序的吞吐量
• 但是在单个 CPU 的环境下，ParNew 收集器不必 Serial 收集器更高效。虽然 Serial 收集器是基于串行回收，但是由于 CPU 不需要频繁地做任务切换，因此可以有效避免多线程交互过程中产生的一些额外开销
• 除 Serial 外，目前只有 ParNew GC 能与 CMS 收集器配合工作

# Parallel Scavenge 回收器：吞吐量优先

• HotSpot 的年轻代中除了拥有 ParNew 收集器是基于并行回收的以外，Parallel Scavenge 收集器同样也采用了复制算法，并行回收和 STW 机制
  • 和 ParNew 收集器不同，Parallel Scavenge 收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量，也被称为吞吐量优先的垃圾收集器
  • 自适应调节策略也是 Parallel Scavenge 与 ParNew 的一个重要区别
• 高吞吐量则可以高效率地利用 CPU 时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务. 因此，常见在服务器环境中使用。例如，哪些执行批量处理，订单处理，工资支付，科学计算的应用程序
• Parallel 收集器在 JDK1.6 时提供了用于执行老年代垃圾收集的 Parallel Old 收集器，用来代替老年代的 Serial Old 收集器
• Parallel Old 收集器采用了标记–压缩算法，但同样也是基于并行回收和 STW 机制

• 在程序吞吐量优先的应用场景中，Parallel 收集器和 Parallel Old 收集器的组合，在 Server 模式下的内存回收性能很不错，在 Java8, 默认是此垃圾收集器

参数设置:

• -XX:+UseParallelGC 手动指定年轻代使用 Parallel 并行收集器执行内存回收任务
• -XX:+UseParallelOldGC 手动指定老年代都是使用并行回收收集器
  • 分别适用于新生代和老年代。默认 JDK8 是开启的
  • 上面两个参数，默认开启一个，另一个也会被开启 (互相激活)
• -XX:ParallelGCThreads 设置年轻代并行收集器的线程数。一般的，最好与 CPU 数量相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能
  • 在默认情况下，当 CPU 数量小于 8 个，ParallelGCThreads 的值等于 CPU 数量
  • 当 CPU 数量大于 8 个，ParallelGCThreads 的值等于 3+[5*CPU_Count] / 8
• -XX:MaxGCPauseMillis 设置垃圾收集器最大停顿时间 (即 STW 的时间). 单位是毫秒
  • 为了尽可能地把停顿时间控制在 MaxGCPauseMills 以内，收集器在工作时会调整 Java 堆大小或者其他一些参数
  • 对于用户来讲，停顿时间越短体验越好。但是在服务器端，我们注重高并发，整体的吞吐量。所以服务器端适合 Parallel, 进行控制
  • 该参数使用需谨慎
• -XX:GCTimeRatio 垃圾收集时间占总时间的比例 (= 1 / (N + 1)). 用于衡量吞吐量的大小
  • 取值范围 (0, 100). 默认值 99, 也就是垃圾回收时间不超过 1%
  • 与前一个 - XX:MaxGCPauseMillis 参数有一定矛盾性。暂停时间越长，Radio 参数就容易超过设定的比例
• -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 设置 Parallel Scavenge 收集器具有自适应调节策略
  • 在这种模式下，年轻代的大小，Eden 和 Survivor 的比例，晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，已达到在堆大小，吞吐量和停顿时间之间的平衡点
  • 再手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆，目标的吞吐量 (GCTimeRatio) 和停顿时间 (MaxGCPauseMillis), 让虚拟机自己完成调优工作

# CMS 回收器：低延迟

• 在 JDK1.5 时期，HotSpot 推出了一款在强交互应用中几乎可认为有划时代意义的垃圾收集器: CMS (Concurrent-Mark-Sweep) 收集器，这款收集器是 HotSpot 虚拟机中第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作
• CMS 收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。停顿时间越短 (低延迟) 就越是和与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验
  • 目前很大一部分的 Java 应用集中在互联网或者 B/S 系统的服务器端，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短. 以给用户带来较好的体验. CMS 收集器就非常符合这类应用的需求
• CMS 的垃圾收集算法采用标记–清除算法，并且也会 STW
• CMS 作为老年代的收集器，却无法与 JDK1.4.0 中已经存在的新生代收集器 Parallel Scavenge 配合工作，所以在 JDK 1.5 中使用 CMS 来收集老年代的时候，新生代只能选择 ParNew 或者 Serial 收集器中的一个
• 在 G1 出现之前，CMS 使用还是非常广泛的.

CMS 工作原理

整个过程比之前的收集器要复杂，整个过程分为 4 个主要阶段，即初始标记阶段，并发标记阶段，重新标记阶段和并发清除阶段

• 初始标记 (Initial-Mark) 阶段：在这个阶段中，程序中所有的工作线程都将会因为 STW 机制而出现短暂的暂停，这个极端的主要任务仅仅只是标记出 GC Roots 能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用线程。由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快
• 并发标记 (Concurrent-Mark) 阶段：从 GC Roots 的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行
• 重新标记 (Remark) 阶段：由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短
• 并发清楚 (Concurrent-Sweep) 阶段：此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间。由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的

**CMS 的特点与弊端 : **

• 尽管 CMS 收集器采用的是并发回收 (非独占式), 但是在其初始化标记和再次标记这两个阶段中仍然需要执行 STW 机制暂停程序中的工作线程，不过暂停时间不会太长，因此可以说明目前所有的垃圾收集器都做不到完全不需要 STW, 只是尽可能地缩短暂停时间
• 由于最好费时间的并发标记与并发清楚阶段都不需要暂停工作，所以整体的回首时低停顿的 =
• 另外，由于在垃圾收集阶段用户线程没有终端，所以在 CMS 回收过程中，还应该确保应用程序用户线程有足够的内存空间。因此，CMS 收集器不能像其他收集器那样等老年代几乎完全被填满了再进行收集，而是当堆内存使用率达到某一阈值时，便开始进行回收，以确保应用程序在 CMS 工作过程中依然有足够的空间支持应用程序运行。要是 CMS 运行期间预留的内存无法满足程序需要，就会出现一次 “Cocurrent Mode Failure” 失败，这时虚拟机将启动预案：临时启用 Serial Old 收集器来重新进行老年代的垃圾收集，这样停顿时间就很长了
• CMS 收集器的垃圾收集算法采用的是标记–清除算法，这意味着每次执行完内存回收后，由于被执行内存回收的无用对象所占用的内存空间极有可能是不连续的一些内存块，不可避免地将会产生一些内存碎片。那么 CMS 在为新对象分配内存空间时，将无法使用指针碰撞技术，而只能够选择空闲列表执行内存分配

• 会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的情况下，不得不提前触发 Full GC
• CMS 收集器对 CPU 资源非常敏感。在并发阶段，它虽然不会导致用户停顿，但因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会降低
• CMS 收集器无法处理浮动垃圾。可能出现 “Concurrent Mode Failure” 失败而导致另一次 Full GC 的产生。在并发标记阶段由于程序的工作线程和垃圾收集线程是同时运行或者交叉运行的，那么在并发标记阶段如果产生新的垃圾对象，CMS 将无法对这些对象进行标记，最终会导致这些新产生的垃圾对象没有被及时回收，从而只能在下一次执行 GC 时释放这些之前从未被回收的内存空间

• -XX: +UseCMSCompactAtFullCollection 用于指定在执行完 Full GC 后对内存空间进行压缩整理，以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并发执行，所带来的问题就是停顿时间变得更长了

• -XX: CMSFullGCsBeforeCompaction 设置在执行多少次 Full GC 后对内存空间进行压缩整理

• -XX: ParallelCMSThreads 设置 CMS 的线程数量

  • CMS 默认启动的线程数是 (ParallelGCThreads + 3) / 4

    ParallelGCThreads 是年轻代并行收集器的线程数。当 CPU 资源比较紧张时，收到 CMS 收集器线程的影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会比较糟糕

** 可设置的参数 : **

• -XX: +UseConcMarkSweepGC 手动指定 CMS 收集器执行内存回收任务
  • 开启该参数会自动将 - XX: +useParNewGC 打开。即 ParNew (young 区用) + CMS (Old 区用) + Serial Old 的组合
• -XX: CMSlintiatingOccupanyFraction 设置堆内存使用率的阈值，一旦达到该阈值，便开始进行回收
  • JDK5 及以前版本的默认值为 68, 即当老年代的空间使用率达到 68% 时，会执行一次 CMS 回收. JDK6 及以上版本默认值为 92%
  • 如果内存增长缓慢，则可以设置一个稍大的值，大的阈值可以有效降低 CMS 的触发频率，减少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。反之，如果应用程序内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器。因此通过该选项便可以有效降低 Full GC 的执行次数

# G1 回收器

** 目标 : **

官方给 G1 设定的目标是在延迟可控的情况下获得尽可能高的吞吐量，所以才担当起 “全功能收集器” 的重任与期望

为什么名字叫做 Garbage First (G1)

• 因为 G1 是一个并行回收器，它把堆内存分割成很多不想管的区域 (Region) (物理上不连续的). 使用不同的 Region 来表示 Eden, 幸存区 0 区，幸存区 1 区，老年代等
• G1 GC 有计划地避免在整个 Java 堆中进行全域的垃圾收集. 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要时间的经验值), 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
• 由于这种方式的侧重点在于回收垃圾最大量的区间 (Region), 所以给 G1 一个名字：垃圾优先 (Garbage First)

G1 (Garbage-First) 是一款面向服务端应用的垃圾收集器，主要针对配备多核 CPU 及大容量内存的机器，以极高的概率满足 GC 停顿时间的同时，还兼具高吞吐量的性能特征

在 JDK1.7 版本正式启用，移除了 Experimental 的标识，是 JDK9 以后的默认垃圾回收器，取代了 CMS 回收器以及 Parallel + Parallel Old 组合。被 Oracle 官方称为 “全功能的垃圾收集器”

与此同时，CMS 已经在 JDK9 中被标记为废弃 (deprecated). 在 JDK8 中还不是默认的垃圾回收器，需要使用 - XX:+UseG1GC 来启用

# 优势 :

• 并行与并发

  • 并行性 : G1 在回收期间，可以有多个 GC 线程同时工作，有效利用多核计算能力。此时用户线程 STW
  • 并发性 : G1 拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可以和应用程序同时执行，因此，一般来说，不会再整个回收阶段完全阻塞应用程序的情况

• 分代收集

  • 从分代上看，G1 依然属于分代型垃圾回收器，它会分年轻代与老年代，年轻代依然有 Eden 区和 Survivor 区。但从堆的结构看，它不要求 Eden 区，年轻代或者老年代都是连续的，也不再坚持固定大小和固定数量
  • 将堆空间分为若干个区域 (Region), 这些区域中包含了逻辑上的年轻代与老年代
  • 和之前的各类回收器不同，它同时兼顾了年轻代和老年代。对比其他回收器，或者工作在年轻代，或者工作在老年代

• 空间整合

  • CMS : “标记 - 清除” 算法，内存碎片，若干次 GC 后进行一次碎片整理
  • G1 将内存划分为一个个的 region. 内存的回收是以 region 作为基本单位的.
    Region 之间是复制算法，但整体上实际可看作是标记 - 压缩算法，两种算法都可以避免内存碎片。这种特性有利于程序长时间运行，分配大对象时不会因为无法找到连续内存空间而提前触发下一次 GC. 尤其是当 Java 堆非常大的时候，G1 的优势更加明显.

• 可预测的停顿时间模型 (即：软实时 soft real-time)

  这是 G1 相对于 CMS 的另一大优势，G1 除了追求低停顿外，还能建立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

  • 由于分区的原因，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 里面的垃圾堆积价值的大小 (回收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. 保证了 G1 收集器在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率
  • 相比于 CMS GC, G1 未必能做到 CMS 在最好的情况下的延时停留，但是最差情况要好很多

# G1 回收器的参数设置

• -XX: +UseG1GC 手动指定使用 G1 收集器执行内存回收任务
• -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
• -XX: MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大 GC 停顿时间指标 (JVM 会尽力实现，但不保证达到). 默认值是 200ms
• -XX: ParallelGCThread 设置 STW 工作线程数的值。最多设置为 8
• -XX: ConcGCThreads 设置并发标记的线程数。将 n 设置为并行垃圾回收数 (ParallelGCThreads) 的 1/4 左右
• -XX: InitiatingHeapOccupancyPercent 设置触发 GC 周期的 Java 堆占用率阈值。超过此值，就触发 GC. 默认值是 4/5

# G1 的设计原则

简化 JVM 性能调优，开发人员只需要简单的三步即可完成调优 :

1. 开启 G1 垃圾收集器
2. 设置堆的最大内存
3. 设置最大的停顿时间

G1 中提供了三种垃圾回收模式 : YoungGC, Mixed GC 和 Full GC, 在不同的条件下被触发

# G1 回收器的适用场景

• 面向服务端应用，针对具有大内存，多处理器的机器 (在普通大小的堆里表现并不惊喜)

• 最主要的应用是需要低 GC 延迟，并具有大堆的应用程序提供解决方案

• 如：在堆大小约 6GB 或更大时，可预测的暂停时间可以低于 0.5 秒 (G1 通过每次只清理一小部分而不是全部的 Region 的增量式清理来保证每次 GC 停顿时间不会过长)

• 用来替换掉 JDK1.5 中的 CMS 收集器 :

  在下面的情况时，使用 G1 可能比 CMS 好

  1. 超过 50% 的 Java 堆被活动数据占用
  2. 对象分配频率或年代提升频率变化很大
  3. GC 停顿时间过长 (长于 0.5 至 1 秒)

• HotSpot 垃圾收集器里，除了 G1 以外，其他的垃圾收集器使用内置的 JVM 线程执行 GC 的多线程操作，而 G1 GC 可以采用应用线程承担后台运行的 GC 工作，即当 JVM 的 GC 线程处理速度慢时，系统会调用应用程序帮助加速垃圾回收过程

# 分区 Region : 化整为零

使用 G1 收集器时，它将整个 Java 堆划分为约为 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 2 的 N 次幂，即 1MB, 2MB, 4MB, 8MB, 16MB, 32MB. 可以通过 - XX: G1HeapRegionSize 设定. 所有 Region 的大小相同，且在 JVM 生命周期内不会被改变.

虽然还保留有新生代和老年代概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，他们都是一部分 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 有可能属于 Eden, Survivor 或者 Old/Tenured 内存区域。但是一个 Region 只可能属于一个角色.
• G1 垃圾收集器还增加了一种新的内存区域，叫做 Humongous 内存区域，主要用于储存大对象，如果超过 1.5 个 Region, 就放入 H

设置 H 的原因

对于堆中的大对象，默认直接会被分配到老年代，但是如果它是一个短期存在的大对象，就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题，G1 划分了一个 Humongous 区，它用来专门存放大对象. 如果一个 H 区装不下一个大对象，那么 G1 会寻找连续的 H 区来存储。为了能找到连续的 H 区，有时候不得不启动 Full GC. G1 的大多数行为都把 H 区作为老年代的一部分来看待.

# G1 回收器垃圾回收过程

# G1 GC 的垃圾回收过程主要包括如下三个环节 :

• 年轻代 GC (Young GC)
• 老年代并发标记过程 (Concurrent Marking)
• 混合回收 (Mixed GC)
• (如果需要，单线程、独占式、高强度的 Full GC 还是继续存在的。它针对 GC 的评估失败提供了一种失败保护机制，即强力回收)

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 区间或者老年代区间，也有可能是两个区间都会涉及

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

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 从老年区间移动存货对象到空闲区间，这些空闲区间也就成了老年代的一部分。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.

# G1 回收器垃圾回收过程 : Remembered Set

• 一个对象被不同区域引用的问题
• 一个 Region 不可能是孤立的，一个 Region 中的对象可能被其他任意 Region 中的对象引用，判断对象存活时，是否需要扫描整个 Java 堆才能确保准确？
• 在其他的分代收集器，也存在这样的问题 (而 G1 更加突出)
• 回收新生代也不得不扫描老年代 >
• 这样的话会降低 Minor GC 的效率

** 解决方法 : **

• 无论 G1 还是其他分代收集器，JVM 都是使用 Remembered Set 来避免全局扫描
• == 每个 Region 都有一个对应的 Remembered Set
• 每次 Reference 类型数据写操作时，都会产生一个 Write Barrier 暂时中断操作
• 然后检查将要写入的引用指向的对象是否和该 Reference 类型数据在不同的 Region (其他收集器：检查老年代对象是否引用了新生代对象)
• 如果不同，通过 CardTable 把相关引用信息记录到引用指定对象的所在 Region 的 Remembered Set 中
• 当进行垃圾收集时，在 GC 根节点的枚举范围加入 Remembered Set, 就可以保证不进行全局扫描，也不会有遗漏

# G1 回收过程 1 : 年轻代 GC

JVM 启动时，G1 先准备好 Eden 区，程序在运行过程中，不断创建对象到 Eden 区，当 Eden 空间耗尽时，G1 会启动一次年轻代垃圾回收过程

年轻代垃圾回收只会回收 Eden 区和 Survivor 区

YGC 时，首先 G1 停止应用程序的执行 (STW), G1 创建回收集 (Collection Set), 回收集是指需要被回收的内存分段的集合，年轻代回收过程的回收集包含年轻代 Eden 区和 Survivor 区所有的内存分段

# 小结

• 如果想要最小化使用内存和并行开销，选择 Serial GC
• 如果想要最大化应用程序和吞吐量，选择 Parallel GC
• 如果想要最小化 GC 的终端或停顿时间，选择 CMS GC