G1垃圾收集器介绍

Posted 2023-04-11

参考技术A 为解决CMS算法产生空间碎片和其它一系列的问题缺陷，HotSpot提供了另外一种垃圾回收策略，G1（Garbage First）算法，通过参数 -XX:+UseG1GC 来启用，该算法在JDK 7u4版本被正式推出，官网对此描述如下：

G1垃圾收集算法主要应用在多CPU大内存的服务中，在满足高吞吐量的同时，竟可能的满足垃圾回收时的暂停时间，该设计主要针对如下应用场景：

1、以往的垃圾回收算法，如CMS，使用的堆内存结构如下：

这些space必须是地址连续的空间。

2、在G1算法中，采用了另外一种完全不同的方式组织堆内存，堆内存被划分为多个大小相等的内存块（Region），每个Region是逻辑连续的一段内存，结构如下：

每个Region被标记了E、S、O和H，说明每个Region在运行时都充当了一种角色，其中H是以往算法中没有的，它代表Humongous，这表示这些Region存储的是巨型对象（humongous object，H-obj），当新建对象大小超过Region大小一半时，直接在新的一个或多个连续Region中分配，并标记为H。

堆内存中一个Region的大小可以通过 -XX:G1HeapRegionSize 参数指定，大小区间只能是1M、2M、4M、8M、16M和32M，总之是2的幂次方，如果G1HeapRegionSize为默认值，则在堆初始化时计算Region的实践大小，具体实现如下：

默认把堆内存按照2048份均分，最后得到一个合理的大小。

G1中提供了三种模式垃圾回收模式，young gc、mixed gc 和 full gc，在不同的条件下被触发。

发生在年轻代的GC算法，一般对象（除了巨型对象）都是在eden region中分配内存，当所有eden region被耗尽无法申请内存时，就会触发一次young gc，这种触发机制和之前的young gc差不多，执行完一次young gc，活跃对象会被拷贝到survivor region或者晋升到old region中，空闲的region会被放入空闲列表中，等待下次被使用。

当越来越多的对象晋升到老年代old region时，为了避免堆内存被耗尽，虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器，即mixed gc，该算法并不是一个old gc，除了回收整个young region，还会回收一部分的old region，这里需要注意：是一部分老年代，而不是全部老年代，可以选择哪些old region进行收集，从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。

那么mixed gc什么时候被触发？

先回顾一下cms的触发机制，如果添加了以下参数：

当老年代的使用率达到80%时，就会触发一次cms gc。相对的，mixed gc中也有一个阈值参数 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent ，当老年代大小占整个堆大小百分比达到该阈值时，会触发一次mixed gc.

mixed gc的执行过程有点类似cms，主要分为以下几个步骤：

如果对象内存分配速度过快，mixed gc来不及回收，导致老年代被填满，就会触发一次full gc，G1的full gc算法就是单线程执行的serial old gc，会导致异常长时间的暂停时间，需要进行不断的调优，尽可能的避免full gc.

jdk11新特性——新的Epsilon垃圾收集器

目录

• • 一、Epsilon垃圾收集器概述
  • 二、Epsilon垃圾收集器用法
  • 三、Epsilon垃圾收集器代码示例
  • 四、使用Epsilon垃圾收集器的原因
  • 五、使用Epsilon垃圾收集器的主要用途

一、Epsilon垃圾收集器概述

• A NoOp Garbage Collector
• JDK上对这个特性的描述是: 开发一个处理内存分配但不实现任何实际内存回收机制的GC, 一旦可用堆内存用完, JVM就会退出。
• 如果有System.gc()调用, 实际上什么也不会发生(这种场景下和-XX:+DisableExplicitGC效果一样), 因为没有内存回收, 这个实现可能会警告用户尝试强制GC是徒劳。

二、Epsilon垃圾收集器用法

• 再 VM options选项中配置 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseEpsilonGC，如下图：
  

三、Epsilon垃圾收集器代码示例

• 示例代码

  package com.xz.jdk11.day1;
  import java.util.ArrayList;
  import java.util.List;
  
  /**
   * @description:
   * @author: xz
   */
  public class EpsilonTest 
      public static void main(String[] args) 
          boolean flag = true;
          List<Garbage> list = new ArrayList<>();
          long count = 0;
          while (flag) 
              list.add(new Garbage());
              if (count++ ==100) 
                  list.clear();
                  count++;
              
          
          System.out.println("程序结束");
      
  
  
  class Garbage 
      //这个方法是GC再清除本对象时，会调用一次
      @Override
      public void finalize() 
          System.out.println(this + "垃圾收集");
      
  
  

• 运行，输出结果如下：
  

• 由上图输出结果可知，使用选项 -XX:+UseEpsilonGC, 程序很快就因为堆空间不足而退出。

四、使用Epsilon垃圾收集器的原因

• 提供完全被动的GC实现,，具有有限的分配限制和尽可能低的延迟开销,但代价是内存占用和内存吞吐量。
• java实现可广泛选择高度可配置的GC实现。各种可用的收集器最终满足不同的需求,，即使它们的可配置性使它们的功能相交。 有时更容易维护单独的实现,，而不是在现有GC实现上堆积另一个配置选项。

五、使用Epsilon垃圾收集器的主要用途

• 性能测试(它可以帮助过滤掉GC引起的性能假象)
• 内存压力测试(例如,知道测试用例 应该分配不超过1GB的内存, 我们可以使用-Xmx1g –XX:+UseEpsilonGC, 如果程序有问题, 则程序会崩溃)
• 非常短的JOB任务(对象这种任务, 接受GC清理堆那都是浪费空间)
• VM接口测试
• Last-drop 延迟&吞吐改进