G1垃圾回收器学习

Posted 2021-03-29 程序猿学习笔记

学完了CMS，当然得继续学习G1了。

在国庆假期期间写了一部分内容，但感觉理解不够全面，同时也有很多事导致这一篇写的断断续续

1.简介

G1，Garbage-First收集器，使用G1时，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），保留了新生代和老年代的概念，但它们不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合。G1在后台维护了一个优先列表，记录了各个Region回收的价值，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。这种使用Region划分内存以及有优先级的回收方式，保证了G1收集器在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。

G1既进行年轻代的回收，也进行老年代的回收。

2.G1的特点

1.并行与并发

2.分代收集。

3.空间整合，年轻代复制算法，老年代标记整理算法，不会产生内存空间碎片。

4.可预测停顿：CMS与G1都关注降低停顿时间，但G1建立可预测停顿模型，-XX:MaxGCPauseMillis设置停顿时间，G1不能保证每次都在这个时限内完成，停顿时间合理可以达到90%以上回收都在这个时限内。

3.回收步骤

在G1里，包含YoungGC和 MixedGC，YoungGC回收年代，MixedGC则回收年轻代和部分回收价值较高的老年代region。如MixedGC无法跟上程序的分配速度，会切换到Serial Old GC 进行整堆的回收(Full GC)。

从高层看，G1的collector一侧其实就是两个大部分：

全局并发标记(Global Concurrent Marking)

拷贝存活对象(Evacuation)

而这两部分可以相对独立执行。

SATB：snapshot at the begining

Global Concurrent Marking基于SATB形式的并发标记。具体分为以下几个阶段：

1.初始标记(Initial marking)：暂停阶段。扫描根集合，标记所有根直达对象，并将它们的字段压入扫描栈（Marking Stack）中等待后续扫描。G1使用外部的Bitmap记录mark信息，而不用对象头的Mark Word里的mark bit。在分代式G1模式中，初始标记阶段借用Young GC的暂停，没有额外的、单独的暂停。

2.并发标记(Concurrent marking)：并发阶段。不断从扫描栈中取出引用递归扫描整个堆里的对象图。每扫描到一个对象就会对其标记，并将其字段压入扫描栈。重复扫描过程直到扫描栈清空。过程中还会扫描SATB write barrier所记录下的引用。

3.最终标记(final marking,在实现中也叫remarking)：暂停阶段。在完成并发标记后，每个Java线程还会剩一些SATB write barrier 所记录的引用未处理。这个阶段负责把剩下的引用处理完。同时这个阶段也进行弱引用处理。

这个和CMS的remark有一个本质上的区别，那就是这个暂停只需要扫描SATB buffer，而CMS的remark则需要扫描mod-union table中的dirty card外加整个根集合，即包含整个年轻代，因此可能CMS remark阶段可能会很慢。

4.清理(Clean up)：暂停阶段。清点和重置状态。这个阶段有点像mark-sweep中的sweep阶段，不过不是在堆上sweep实际对象，而是在marking bitmap中统计每个region被标记为活的对象有多少。这个阶段如果发现完全没有活对象的region就会将其整体回收到可分配的region列表中。

Evacuation阶段是全暂停阶段的。它负责把一部分region里的存活对象拷贝到空的region里去，然后回收原region空间。这个阶段可以自由选择多个region来独立收集构成收集集合（Collect Set，CSet），靠pre-region remembered set（RSet）实现。这是regional garbage collector的特征。

在选定CSet后，Evacuation其实就跟Parallel Scavenge的YoungGC类似，采用并行copying（scavenging）算法把CSet里每个region里的存活对象拷贝到新的region里，整个过程完全暂停。G1的Evacuation跟传统的Mark-Compact算法的compaction完全不同：G1会自己从根集合遍历对象图来判定对象生死，后者则是依赖于之前的mark阶段对对象的生死判定。

分代式G1模式下有两种选定CSet的子模式，分别对应YoungGC和MixedGC。

YoungGC：选定所有Young gen里的region，通过控制region个数来控制YoungGC的开销。

MixedGC：选定所有Young gen里的region，外加根据Global Concurrent Marking统计得出收集收益高的若干old gen region。

分代式G1的正常工作流程：在YoungGC与MixedGC之间视情况切换，背后定期做全局并发标记。Initial marking默认搭在YoungGC上执行，在全局并发标记正在工作时，G1不会选择做MixedGC，反之如果有MixedGC正在进行也不会进行Initial Marking。

正常工作流程中，没有FullGC的概念，old gen的收集靠MixedGC来完成。如果MixedGC无法跟上程序分配的速度，会切换到G1之外的Serial Old GC来收集整个堆。FullGC之所以叫FullGC就是要收集整个堆。

本文主要参考了R大的回复、《深入理解Java虚拟机》、Oracle关于G1的介绍以及网络上其他关于G1介绍的文章。

本文主要是记录下学习到关于G1的知识，如有错误，欢迎留言指正。

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