G1垃圾收集器

Du_Xong
155 阅读4分钟

简介

G1（Garbage First）垃圾收集器是 Java 7 Update 4 及以上版本引入的一款面向服务端应用的垃圾收集器，旨在满足大内存、多处理器系统的需求，在 JDK 9 中被指定为默认的垃圾收集器。

设计目标

高吞吐量与低停顿：G1 垃圾收集器的主要目标是在具备高吞吐量的同时，尽可能地减少垃圾收集时的停顿时间。它能够在满足应用程序低延迟要求的同时，保持较高的性能。 可预测的停顿：G1 允许用户通过 -XX:MaxGCPauseMillis 参数来设置最大垃圾收集停顿时间，使得应用程序的响应时间更加可预测。

内存布局

分区（Region）：G1 不再像传统的垃圾收集器那样将堆内存划分为固定大小的新生代、老年代和永久代（Java 8 之后为元空间）。而是将整个堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region），每个 Region 的大小可以通过 -XX:G1HeapRegionSize 参数指定，范围为 1MB 到 32MB，且必须是 2 的幂次方。 特殊区域：这些 Region 被标记为 Eden、Survivor、Old 或 Humongous（大对象）。其中，Humongous 区域专门用于存储大对象，如果对象大小超过单个 Region 大小的一半，就会被分配到 Humongous 区域。如果一个 Humongous 区域放不下一个大对象，G1 会连续使用多个 Humongous 区域来存储。

垃圾收集过程

G1 垃圾收集器的垃圾收集过程主要分为以下几个阶段：

  1. 初始标记（Initial Mark） Concurrent Scan Root Regions 作用：标记所有的根对象直接引用的对象。 特点：这个阶段需要暂停所有的应用线程（Stop The World，STW），但停顿时间非常短暂。

  2. 并发标记（Concurrent Marking） Concurrent Mark From Roots 作用：从初始标记阶段标记的根对象开始，并发地遍历整个堆，标记所有存活的对象。 特点：这个阶段可以与应用线程并发执行，不会造成长时间的停顿。

  3. 最终标记（Final Marking） 作用：处理并发标记阶段遗留下来的少量未标记对象。 特点：需要暂停所有的应用线程，停顿时间比初始标记阶段稍长，但也比较短暂。

  4. 筛选回收（Live Data Counting and Evacuation） 作用：根据用户设置的最大停顿时间，对各个 Region 的回收价值和成本进行排序，选择一部分 Region 进行回收。 特点：这个阶段需要暂停所有的应用线程，通过复制算法将存活的对象复制到其他空闲的 Region 中，然后清理掉这些被回收的 Region。

优势

  • 并行与并发：G1 可以充分利用多核处理器的优势，并行执行垃圾收集操作，同时在某些阶段可以与应用线程并发执行，减少了停顿时间。 分代收集：虽然 G1 不再严格区分新生代和老年代，但它仍然保留了分代的概念，不同类型的对象可以分配到不同的 Region 中，提高了垃圾收集的效率。

  • 空间整合：G1 使用复制算法进行垃圾回收，在回收过程中会将存活的对象复制到其他空闲的 Region 中，从而避免了内存碎片的产生。 可预测的停顿时间：通过 -XX:MaxGCPauseMillis 参数，用户可以控制垃圾收集的最大停顿时间，使得应用程序的响应时间更加稳定。

劣势

内存占用：G1 垃圾收集器需要维护一些额外的数据结构来管理 Region 和标记对象，因此会占用一定的内存空间。 算法复杂度：G1 的垃圾收集算法相对复杂，需要更多的计算资源来执行垃圾收集操作，在某些情况下可能会影响应用程序的性能。

[50.271s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Scan Root Regions 3.015ms
[50.271s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Mark
[50.271s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Mark From Roots
[50.271s][info   ][gc,task     ] GC(36) Using 4 workers of 4 for marking
[50.295s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Mark From Roots 24.165ms
[50.295s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Preclean
[50.295s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Preclean 0.142ms
[50.295s][info   ][gc,start    ] GC(36) Pause Remark
[50.303s][info   ][gc          ] GC(36) Pause Remark 116M->116M(256M) 7.501ms
[50.303s][info   ][gc,cpu      ] GC(36) User=0.02s Sys=0.00s Real=0.01s
[50.303s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Mark 32.251ms
[50.303s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Rebuild Remembered Sets and Scrub Regions
[50.324s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Rebuild Remembered Sets and Scrub Regions 20.854ms
[50.324s][info   ][gc,start    ] GC(36) Pause Cleanup
[50.324s][info   ][gc          ] GC(36) Pause Cleanup 118M->118M(256M) 0.141ms
[50.324s][info   ][gc,cpu      ] GC(36) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s
[50.324s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Clear Claimed Marks
[50.324s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Clear Claimed Marks 0.080ms
[50.324s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Cleanup for Next Mark
[50.325s][info   ][gc,marking  ] GC(36) Concurrent Cleanup for Next Mark 0.239ms
[50.325s][info   ][gc          ] GC(36) Concurrent Mark Cycle 56.876ms
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