Java 的 G1 垃圾回收流程

Java 的 G1 垃圾回收流程

G1（Garbage-First）垃圾收集器 是一种区域化、并发、低延迟的垃圾回收器，适合大堆内存和对暂停时间有严格要求的应用程序。G1 的垃圾回收流程主要包括以下阶段：

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1. 堆的区域化分区

在 G1 中，堆被分为多个大小相等的 Region，每个 Region 可以扮演以下角色之一：

• Eden：存储新创建的对象。
• Survivor：存储从 Eden 晋升的存活对象。
• Old：存储长期存活的对象。
• Humongous：存储超大对象（大小超过 Region 的 50%）。

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2. 垃圾回收的主要阶段

2.1 年轻代垃圾回收（Young GC）

• 触发条件：
  • Eden 区域内存耗尽。
• 回收流程：
  1. STW 初始标记：暂停应用线程，标记所有 Eden 区和 Survivor 区中不再使用的对象。
  2. 复制存活对象：将存活对象从 Eden 复制到 Survivor 或 Old 区。
  3. 更新引用：修复堆中引用的指向。

2.2 并发标记阶段

并发标记阶段的目的是标记整个堆中所有存活对象，识别可以回收的区域。分为以下几个步骤：

1. 初始标记（STW）：
   • 标记 GC Roots 及直接可达对象。
   • 与 Young GC 结合运行，减少停顿。
2. 并发标记：
   • 遍历堆中的对象图，标记所有可达对象。
   • 与应用线程并发执行。
3. 最终标记（STW）：
   • 修正并发标记阶段遗漏的引用变化，处理 SATB 缓冲区。
4. 清理阶段：
   • 统计各区域的回收价值，确定需要回收的区域。

2.3 混合垃圾回收（Mixed GC）

• 触发条件：
  • Old 区的内存使用达到一定比例（默认是 45%）。
• 回收流程：
  1. 回收 Eden 和 Survivor 区。
  2. 按优先级回收部分 Old 区，优先清理垃圾比例最高的区域。
  3. 对回收的 Old 区进行整理（压缩）。

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3. 关键机制

3.1 记忆集（Remembered Set）

• 用于记录跨区域的引用，避免全堆扫描。
• 每个 Region 都有一个 Remembered Set，记录指向该 Region 的引用。

3.2 分区优先级

• G1 按区域的垃圾比例排序，优先回收垃圾比例高的区域，称为“Garbage-First”策略。

3.3 SATB（Snapshot-At-The-Beginning）

• 在标记阶段使用快照集算法，记录堆在标记开始时的对象状态，确保标记过程一致性。

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4. 回收阶段的 STW 停顿

G1 的设计目标是控制 STW 停顿时间：

• 通过并发执行标记和回收任务，减少全堆停顿时间。
• Mixed GC 和 Young GC 阶段的停顿时间由用户通过 -XX:MaxGCPauseMillis 配置。

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5. 总结

G1 垃圾回收流程通过分区、并发标记和分阶段回收实现高效的垃圾收集：

1. Young GC：快速回收新生代，减轻老年代压力。
2. 并发标记：遍历整个堆，标记存活对象。
3. Mixed GC：结合 Eden 区和高垃圾比例的 Old 区回收，优化堆利用率。

G1 的核心在于其区域化设计和优先回收策略，通过最大程度降低垃圾回收对应用的影响，实现低延迟的性能优化。