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1、G1的引入
CMS使用的是标记清除算法，所以不可避免地会产生内存碎片化的问题，虽然CMS提供了一个-XX：+UseCMSCompactAtFullCollection开关参数，用于CMS不得不进行FullGC时候开启内存碎片的合并整理，但是由于这个内存整理必须移动活动对象，所以无法并发。并且由于它本身的原理，他会产生浮动垃圾，随着内存的扩大，这个缺点会被不断放大，一旦老年代内存分配不下，就会默认启动SO，STW时间直线上升。所以就出现了G1，它吸取了CMS实现方法的教训，因为原本就是因为CMS导致内存碎片化问题，Serial Old处理太大内存导致STW时间延长，那么把内存分为一块块的region，将垃圾比较多的内存采用复制算法，这样效率极大地提升了。
2、原理
region分区
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Region，将region作为单次回收的最小单位，即每次收集到的内存空间都是Region大小的整数倍，每个Region都可以根据需要扮演Old、Survivor、Eden、Humongous(大对象区，有可能跨两个甚至跟多的region区，超过单个region50%，一般处理的时候当做老年代处理)。这里体现了分治的思想。
注意：
1、分区和分代矛盾吗？或者说G1分代吗？
首先，G1采取的是逻辑分代，物理不分代的模型。也就是说又分代有分区。G1将分区和分代结合了起来，这两者不矛盾，因为他们本质上都是为了避免一次性扫描较大堆内存空间。只是分代是根据对象的年龄大小进行划分，避免那些不需要扫描的区域进行频繁扫描。而分区是通过控制每次扫描的空间大小来减少每次扫描空间的大小。G1将两者结合了起来，首先，进行了分区，每次只要扫描几个region（由参数-XX:G1GeapRegionSize设定，大小范围1-32MB），避免扫描整个堆。而对象依然可以根据年龄大小划分为老年代和年轻代，所以不同的region扮演老年代，S区，E区和Uhmongous区，收集器能够对扮演不同角色的region采用不同的策略去处理，这样无论是新创建的对象还是已经存活一段时间的对象，还是经过多次收集的老年代对象来说，都能取得很好地回收效果
2、关于新生代和老年代比例
在5%-60%左右，不用手工指定，也不需要手工设定，这是G1预测停顿时间的基准，G1会动态调整。如果YGC本来是200ms,现在变成了400ms，那么下次就把Y区变小，这样动态的调整，以前的GC回收器都是手动调整Y区大小，得把机器停掉才行
3、G1如何实现可预测的停顿模型的？
其他GC都是只使用的分代模型，每次回收的时候都是以整个代为单位进行回收，回收的时间取决于相应代内存的大小以及垃圾的多少，所以停顿时间是不可预测的；而G1不是这样的，首先，也是所有所有的基础，它采用了基于Region的堆内存分布，region是单次回收的最小单位，通过衰减均值理论来决定现在开始回收的话，回收哪些region可以在不超过期望停顿时间的情况下获得最大的收益（-XX:MaxGCPauseMillis设置期望的停顿时间）
4、停顿时间和吞吐量如何进行权衡？
-XX:MaxGCPauseMillis设置停顿时间，但不是越小越好，因为停顿时间果断，就会造成每次清理的空间过小，进而导致G1必须进行多次回收，从而导致吞吐量降低，而吞吐量过低，会造成垃圾的堆积，最终导致FGC，而G1的目标就是不要有FGC，与调优背道而驰，所以需要根据实际压测的情况来进行取值，一般来说，就是几百毫秒的范围。从而权衡停顿时间和吞吐量
四个阶段
初始标记：找到根对象（此时是STW，但是根对象比较少，所以STW时间较少）
并发标记：工作线程运行，不断产生垃圾或者将垃圾变成资源。这个阶段比较容易出错（最耗时的阶段，但程序在运行，这时候不产生STW）
重新标记：并发标记阶段，垃圾有变化，进行重新标记，STW，但是时间也不长
并发回收：把垃圾全部清理
三色标记
为什么要用三色标记？
异步执行，传统的基于标记清除法，在GC起价，必须STW，不能异步执行GC操作，而STW对追求实时性的系统来说是不可接收的，三色标记法就是实现了异步操作，能在线程执行的过程中实现并发标记，从而极大地减少了STW时间
并发标记算法
把对象分成三种颜色；
1、黑色：自身和成员变量均标记完成
2、灰色：自己完成标记，成员变量没有完成标记
3、白色：均未发生标记
最开始所有对象都是白色，然后将自己完标记，但是成员变量没有完成标记的对象设置为灰色，随后将灰色对象的成员变量完成标记，变成黑色。当没有灰色对象的时候就把白色对象回收掉。
漏标问题：
并发标记过程中，指向白色对象的所有灰色对象没有再指向它，并且此时黑色对象指向它（黑色指向白色且指向白色的灰色没了）。此时出现漏标，这个白色对象不是垃圾，却会被当成垃圾被回收
解决办法：
从产生漏标的条件出发
1、增量更新（IU）：跟踪黑色对象指向白色对象的增加，也就是把黑色对象重新标记为灰色（CMS使用的办法）
2、原始快照（STAB）：跟踪灰色对象指向白色对象的消失，也就是灰色对象指向白色对象引用消失时，把这个引用保存下来，下次扫描还能接着扫描到（将这个引用推到堆栈中），保证白色对象还能被扫描到（GC里面有个栈，这个栈里面全是灰色对象指向白色对象的引用）
为什么G1使用STAB而不使用IU？
灰色->白色引用消失的时候，引用会被push到satb_mark_queue队列中，下次扫描的时候拿到这个引用，找到对应的白色对象，查看它所在的region的RSet，看有无对象指向它，而不需要扫描整个堆就能查找到指向白色对象的引用，效率比较高，注意，是SATB配合RSet效率比较高，不然光是SATB效率高的话，CMS为什么不用SATB而使用IU。
3、优缺点
优点：
1、并发收集
2、压缩空闲时间不会延长GC的暂停时间
3、能预测GC停顿时间
4、适合不需要高吞吐量，但需要快速响应时间的程序
5、由于G1整体上是基于标记整理算法，局部（两个region之间）是基于标记复制算法，不会存在内存碎片，有利于长时间运行
缺点：
内存占用和额外的执行负载高于CMS
参考
《深入理解Java虚拟机》
