13. G1垃圾回收器
1. G1垃圾回收器
G1(Garbage-First)垃圾回收器是Java HotSpot虚拟机中一种面向服务端应用的垃圾回收器，于JDK 7中首次推出，并在JDK 9及以后成为默认的垃圾回收器。
内存布局
区域划分：
堆被划分为多个大小相等的Region(默认约2048个)
每个Region可以是Eden、Survivor或Old区
还有一种特殊的Humongous区用于存储大对象(大小超过Region 50%的对象)
分代管理：
仍然保留分代概念，但物理上不再连续
年轻代：一组Region(Eden+Survivor)
老年代：另一组Region
2. G1的三个核心阶段
2.1 年轻代回收(Young GC) —— 一阶段
特点：
STW（Stop-The-World）：完全暂停应用线程
触发条件：Eden区填满时自动触发
目标：快速回收年轻代（Eden + Survivor区）
工作流程：
根扫描：标记GC Roots直接引用的对象。
存活对象标记：通过可达性分析标记年轻代存活对象。
复制/晋升：
存活对象被复制到Survivor区（复制算法）
达到晋升阈值（
-XX:MaxTenuringThreshold）的对象晋升到老年代。
区域清空：回收后的Eden区和部分Survivor区被标记为空闲。
关键点：
仅处理年轻代Region，耗时短（通常几毫秒到几十毫秒）。
通过
-XX:G1NewSizePercent和-XX:G1MaxNewSizePercent动态调整年轻代大小。
图示过程：
- 初始时，所有区域都处于空闲状态
- 创建了一些对象，挑出一些空闲区域作为伊甸园区存储这些对象
- 当伊甸园需要垃圾回收时，挑出一个空闲区域作为幸存区，用复制算法复制存活对象，需要暂停用户线程
E 表示：Eden 区
S 表示：Survivor 区
- 随着时间流逝，伊甸园的内存又有不足
- 将伊甸园以及之前幸存区中的存活对象，采用复制算法，复制到新的幸存区，其中较老对象晋升至老年代
2.2 并发标记周期（Concurrent Marking Cycle）—— 二阶段
特点：
部分并发：大部分阶段与应用线程并发执行
触发条件：老年代占用达到阈值（默认45%，通过
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent调整）目标：全局标记堆中存活对象，确定回收优先级
分阶段流程：
初始标记（Initial Mark，STW）：
短暂暂停，标记GC Roots直接关联的对象。
通常与年轻代回收一起执行（借道Young GC）。
并发标记（Concurrent Mark）：
与应用线程并发，遍历整个堆，标记所有可达对象。
使用SATB（Snapshot-At-The-Beginning）算法处理并发期间的对象变化。
最终标记（Remark，STW）：
处理并发标记期间漏标的对象（通过写屏障记录的变化）。
引用处理（如清理软引用/弱引用）。
清理（Cleanup，STW）：
统计各Region的存活对象比例，排序回收价值（垃圾最多的优先）。
不实际回收内存，但可能回收完全空闲的Region。
关键点：
并发标记周期为后续混合回收提供数据基础。
通过
-XX:ConcGCThreads可调整并发标记线程数。
图示过程：
当老年代占用内存超过阈值(默认是45%)后，触发并发标记，这时无需暂停用户线程
2.3 混合回收（Mixed GC）—— 三阶段
特点：
STW：暂停应用线程
触发条件：并发标记周期完成后，老年代Region达到回收阈值
目标：同时回收年轻代和部分老年代（选择垃圾比例高的Region）
工作流程：
年轻代回收：与Young GC相同，处理Eden和Survivor区。
老年代回收：
根据并发标记的结果，选择垃圾比例最高的老年代Region（Garbage-First策略）。
存活对象被复制到其他Region（压缩算法减少碎片）。
多次增量回收：
可能分多次完成老年代回收，每次回收部分Region以控制停顿时间。
关键点：
通过
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent设置Region存活对象阈值（默认85%，存活对象过多则跳过）。通过
-XX:G1MixedGCCountTarget控制混合回收的批次（默认8次）。
图示过程：
- 并发标记之后，会有重新标记阶段解决漏标问题，此时需要暂停用户线程。
- 这些都完成后就知道了老年代有哪些存活对象，随后进入混合收集阶段。
- 此时不会对所有老年代区域进行回收，而是根据暂停时间目标优先回收价值高(存活对象少)的区域(这也是 Gabage First 名称的由来)
混合收集阶段中，参与复制的有 eden、survivor、old
复制完成，内存得到释放。进入下一轮的新生代回收、并发标记、混合收集
三阶段关系图
Full GC(后备方案)
异常情况：Full GC
当G1无法满足回收需求（如并发模式失败或晋升失败）时，会退化为单线程的Serial Old GC（Full GC），导致长时间停顿。应通过调整参数（如增加堆大小、降低InitiatingHeapOccupancyPercent）避免。
3. 问题总结
3.1 三阶段总结
G1 通过这三个阶段的配合，实现了低延迟与高吞吐的平衡，尤其适合大内存、多核CPU的场景。
| 阶段 | 并发性 | 目标 | 触发条件 |
|---|---|---|---|
| 年轻代回收 | STW | 快速回收Eden/Survivor | Eden区满 |
| 并发标记周期 | 部分并发 | 标记全堆存活对象，确定优先级 | 老年代占用达阈值（默认45%） |
| 混合回收 | STW | 回收年轻代+高垃圾老年代Region | 并发标记周期完成后 |
3.2 说一下G1垃圾回收？
- 应用于新生代和老年代，在JDK9之后默认使用G1
- 划分成多个区域，每个区域都可以充当eden，survivor，old，humongous其中 humongous 专为大对象准备
- 采用复制算法
- 响应时间与吞吐量兼顾
- 分成三个阶段:年轻代回收(stw)、并发标记周期(重新标记stw)、混合回收
- 如果并发失败(即回收速度赶不上创建新对象速度)，会触发Full GC
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