JVM 面试高频考点：由浅入深带你了解 G1 垃圾回收器！

摘要： G1 垃圾回收器是一款主要面向服务端应用的垃圾收集器。

G1 垃圾回收器介绍

G1 垃圾回收器是一款主要面向服务端应用的垃圾收集器。作为垃圾回收器技术发展史上里程碑的成果，G1 垃圾回收器不同于以往的垃圾回收器，首先是思想上的转变，如下图：

G1 对于 Java 堆的划分

上面的图，小伙伴们第一次看可能不咋明白，因为各位还不了解 G1，看看下面的话，应该就差不多了。

G1 垃圾回收器对于 Java 堆区域的划分不同于以往我们对 Java 对区域划分的认知

以往对于 Java 堆区域的划分为：新生代和老年代，新生代又划分为 Eden 区和 Survivor 区，Survivor 区又分为 from 区和 to 区。

但是现在，G1 不再坚持固定大小以及固定数量的分代区域划分，而是把连续的 Java 堆空间划分为多个大小相等的独立区域（Region），每个 Region 都可以成为 Eden 空间、Survivor 空间、老年代空间。

这种思想上的转变和设计，使得 G1 可以面向堆内存任何部分来组成回收集来进行回收，衡量标准不再是它属于哪个分代，而是哪块内存存放的垃圾最多，回收收益最大，这就是 G1 收集器的 Mixed GC 模式，即混合 GC 模式。

Region 还有一类特殊的 Humongous 区域，专门用来存储大对象。G1 认为只要大小超过了一个 Region 容量一半的对象即可判定为大对象。如果是那些超过了整个 Region 容量的超大对象，将会放在连续 N 个 Humongous Region 区域。

Region 的取值范围为 1M ~ 32M

Region 的默认个数为 2048 个

-XX:G1HeapRegionSize = N

G1 这么做看起来是由一种焕然一新的感觉，但细心的小伙伴可能已经发现，如果 Region 之间存在跨区引用对象，那这些对象如何解决？

1. 不管是 G1 还是其他分代收集器，JVM 都是使用记忆集(Remembered Set) 来避免全局扫描。

2. 每个 Region 都有一个对应的记忆集。

3. 每次 Reference 类型数据写操作时，都会产生一个写屏障（Write Barrier）暂时去终止操作

4. 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）

5. 如果不同，通过卡表（Card Table）把相关引用信息记录到引用指向对象的所在 Region 对应的记忆集(Remembered Set) 中

6. 当进行垃圾收集时，在 GC Roots 枚举范围加上记忆集；就可以保证不进行全局扫描了。

G1 的记忆集可以理解为一个哈希表，Key 就是别的 Region 的起始地址，Value 就是卡表的索引号集合。

因为 G1 将 Java 堆划分为一个个 Region 的缘故，而 Region 数量相比于传统分代数量明显多得多，所以 G1 相比于传统的垃圾回收器来说，需要消耗相当于 Java 堆容量 10%~ 20%的额外空间来维持收集器的工作。

初始标记(Initial Marking)：这阶段仅仅只是标记 GC Roots 能直接关联到的对象并修改 TAMS(Next Top at MarkStart)的值，让下一阶段用户程序并发运行时，能在正确的可用的 Region 中创建新对象，这阶段需要停顿线程，但是耗时很短。而且是借用进行 Minor GC 的时候同步完成的，所以 G1 收集器在这个阶段实际并没有额外的停顿。
并发标记(ConcurrentMarking)：从 GC Roots 开始对堆的对象进行可达性分析，递归扫描整个堆里的对象图，找出存活的对象，这阶段耗时较长，但是可以与用户程序并发执行。当对象图扫描完成以后，还要重新处理 SATB 记录下的在并发时有引用变动的对象。
最终标记(Final Marking)：对用户线程做另一个短暂的暂停，用于处理并发阶段结束后仍遗留下来的最后那少量的 SATB 记录。
筛选回收(Live Data Countingand Evacuation)：负责更新 Region 的统计数据，对各个 Region 的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的停顿时间来制定回收计划。可以自由选择多个 Region 来构成会收集，然后把回收的那一部分 Region 中的存活对象==复制==到空的 Region 中，在对那些 Region 进行清空。

除了并发标记外，其余过程都要 STW

G1 从整体上来看是标记-整理算法，但从局部（两个 Region 之间）是复制算法。而 CMS 是标记-清除算法所以说，G1 不会产生内存碎片，而 CMS 会产生内存碎片
CMS 使用了写后屏障来维护卡表，而 G1 不仅使用了写后屏障来维护卡表，还是用了写前屏障来跟踪并发时的指针变化情况（为了实现原始快照）。
CMS 对 Java 堆内存使用的是传统的新生代和老年代划分方法，而 G1 使用的全新的划分方法。
CMS 收集器只收集老年代，可以配合新生代的 Serial 和 ParNew 收集器一起使用。G1 收集器收集范围是老年代和新生代。不需要结合其他收集器使用
CMS 使用增量更新解决并发标记下出现的错误标记问题，而 G1 使用原始快照解决