【JVM】G1垃圾收集器深入分析

一、和CMS对比

	G1	CMS
设计原则	首先收集尽可能多的垃圾(Garbage First)	尽可能少而块地执行GC，以停顿时间为目标
垃圾回收时机	启发式算法，在老年代找出具有高收集收益的分区进行收集	内存耗尽（新生代）或者快耗尽(老年代)
内存划分	将内存划分为一个个相等大小的内存分区(Region)，每个区域都可能有四种状态：E(eden）、S（Survial）、O（old）、空闲	分为新生代和老年代2块连续的内存空间
是否产生垃圾碎片	将一组或多组区域（称为回收集 (CSet)）中的存活对象以增量、并行的方式复制到不同的新区域来实现压缩，从而减少堆碎片	采用标记删除，会产生碎片

二、技术细节

1、G1有一个及其重要的特性：软实时（soft real-time）。所谓的实时垃圾回收，是指在要求的时间内完成垃圾回收。“软实时”则是指，用户可以指定垃圾回收时间的限时，G1会努力在这个时限内完成垃圾回收，但是G1并不担保每次都能在这个时限内完成垃圾回收。通过设定一个合理的目标，可以让达到90%以上的垃圾回收时间都在这个时限内。

2、动态调节年轻代和总堆的比例。

G1可以根据用户设置的暂停时间目标自动调整年轻代和总堆大小，暂停目标越短年轻代空间越小、总空间就越大；

整个年轻代内存会在初始空间-XX:G1NewSizePercent(默认整堆5%)与最大空间-XX:G1MaxNewSizePercent(默认60%)之间动态变化，
且由参数目标暂停时间-XX:MaxGCPauseMillis(默认200ms)、需要扩缩容的大小以及分区的已记忆集合(RSet)计算得到。
当然，G1依然可以设置固定的年轻代大小(参数-XX:NewRatio、-Xmn)，但同时暂停目标将失去意义。

三、垃圾回收过程

1、YGC

在Eden充满时触发，在回收之后所有之前属于Eden的区块全变成空白。然后把剩余的存活对象移动到S区。

很多情况下，S区的对象会有部分晋升到Old区，另外如果S区已满、Eden存活的对象会直接晋升到Old区，这种情况下Old的空间就会涨

这个过程会对年轻代的对象有一个短暂的停顿

2、并发标记阶段

G1并发标记周期可以分成几个阶段、其中有些需要暂停应用线程。有些是后台并行处理，不需要暂停应用

1. 初始标记。需要暂停应用线程这个阶段会暂停所有应用线程。部分原因是这个过程会执行一次YGC
2. 并发扫描。后台线程并行处理，不会暂停应用
3. 并发标记。在root扫描完成后，G1进入了一个并发标记阶段。这个阶段也是完全后台进行的
4. 并发标记阶段是可以被打断的，比如这个过程中发生了YGC就会。这个阶段之后会有一个二次标记阶段和清理阶段。这两个阶段同样会暂停应用线程，但时间很短。接下来还有额外的一次并发清理阶段

3、混合GC

接下来G1执行一系列的混合GC。这个时期因为会同时进行YGC和清理上面已标记为X的区域，所以称之为混合阶段。

每次混合GC只是清理一部分的O区内存，整个GC会一直持续到几乎所有的标记区域垃圾对象都被回收，这个阶段完了之后G1会重新回到正常的YGC阶段。周期性的，当O区内存占用达到一定数量之后G1又会开启一次新的并行GC阶段.

4、FullGC

如果对象内存分配速度过快，mixed gc来不及回收，导致老年代被填满，就会触发 一次full gc，G1的full gc算法就是单线程执行的serial old gc，会导致异常长时间的暂停时间，需要进行不断的调优，尽可能的避免full gc.