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G1 垃圾收集器

news 2025/10/27 14:13:28

G1 垃圾收集器

概述

G1（Garbage-First）是一款面向服务器的垃圾收集器，主要针对配备多颗处理器及大容量内存多机器。以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐性能特征.

分区机制

G1保留了年轻代和老年代的概念，但不再是物理隔离，而是逻辑上的概念，实现了更灵活的内存管理。
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G1将Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），JVM最多可以有2048个Region。如下默认计算方式：

Region = 堆内存/2048

例如假设对内存16G,默认2048个Region,则每个Region = 16*1024/2048 = 8M
当然也可以用参数XX:G1HeapRegionSize手动指定Region大小，但是推荐默认的计算方式.

分代概念

由上图可知由每个Region都可以分别代表为

Eden
Survivor
Old
Humongous
专门分配大对象,超过Region的50%，上述8M大小Region，若对象超过4M就会直接分配到Humongous

1.年轻代默认占堆内存的5%，可通过-XX:G1NewSizePercent设置初始占比
2.年轻代占比默认最多不超过60%，可通过-XX:G1MaxNewSizePercent调整
3.年轻代中的Eden和Survivor区域默认比例为8:1:1
4.一个Region可能之前是年轻代，垃圾回收后可能变成老年代，Region功能动态变化

G1收集过程

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初始标记 (initial mark，STW)
暂停所有的其他线程，并记录下gc roots直接能引用的对象，速度很快
并发标记（Concurrent Marking）
根据初始标记阶段的结果，与应用线程并发地遍历整个对象图，标记出所有的存活对象
最终标记（Remark，STW）
暂停整个应用，修正并发标记期间状态发生变化的对象状态，使用SATB（原始快照）.
筛选回收（Cleanup，STW）
清理垃圾，该阶段首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划.例如老年代此时有1000Region都满了，但因为根据预期停顿时间，本次垃圾回收可能只停顿200ms,那么通过之前成本计算，可能回收800个Region差不多就需要200ms,那么本次就只会回收800Region。

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G1收集器在后台维护了一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先选择回收价值最大的Region,比如一个Region花100ms能回收10M垃圾，另外一个Region花100ms能回收20M垃圾，在回收时间有限情况下，G1会优先选择后面这个Region回收。这种使用Region划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了G1收集器在有限时间内可以尽可能高的收集效率。

G1 垃圾收集分类

YoungGC
YoungGC并不是说现有的Eden区放满了就会马上触发，G1会计算下现在Eden区回收大概要多久时间，如果回收时间远远小于参数 -XX:MaxGCPauseMills 设定的值，那么增加年轻代的region，继续给新对象存放，不会马上做YoungGC，直到下一次Eden区放满，G1计算回收时间接近参数 -XX:MaxGCPauseMills 设定的值，那么就会触发Young GC.
MixedGC
老年代的堆占有率达到参数(-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent)设定的值则触发，回收所有的Young和部分Old(根据期望的GC停顿时间确定old区垃圾收集的优先顺序)以及大对象区，正常情况G1的垃圾收集是先做
MixedGC，主要使用复制算法，需要把各个region中存活的对象拷贝到别的region里去，拷贝过程中如果发现没有足够的空region能够承载拷贝对象就会触发一次Full GC.
Full GC
停止系统程序，然后采用单线程进行标记、清理和压缩整理，好空闲出来一批Region来供下一次MixedGC使用，这个过程是非常耗时的。