java - GC垃圾收集器详解

Posted 2021-03-13 cjunn

以前收集器的特点

1. 年轻代和老年代是各自独立且连续的内存块
2. 年轻代收集必须使用单个eden+S0+S1进行复制算法
3. 老年代收集扫描整个老年代区域
4. 都是以尽可能少而快速地执行GC为设计原则

G1是什么

G1（Garbage-Frist）收集器，是一款面向服务端应用的收集器

从官网的描述中，我们知道G1是一种服务器端的垃圾收集器，应用在多处理器和大容量内存环境中，在提高吞吐量的同时，尽可能的满足垃圾收集暂停时间的要求。另外，它还具有以下特性：

1. 像CMS收集器一样，能与应用程序线程并发执行
2. 整理空闲空间更快
3. 需要更多的时间来预测GC停顿时间
4. 不希望牺牲大量的吞吐性能
5. 不需要更大的Java Heap

G1收集器的设计目标是取代CMS收集器，它同CMS相比，在以下方面表现更出色：

1. G1是一个有整理内存过程的垃圾收集器，不会产生很多内存碎片
2. G1的Stop-The-World(STW)更可控，G1在停顿时间上添加了预测机制，用户可以指定期望停顿时间。

CMS垃圾集器虽然减少了暂停应用程序的运行时间，但是它还是存在着内存碎片问题。于是，为了去除内存碎片问题，同时又保留CMS垃圾收集器低暂停时间的优点，JAVA7发布了一个新的垃圾收集器-G1垃圾收集器。

G1是在2012年才在jdk1.7u4中可用。oracle官方计划在jdk9中将G1变成默认的垃圾收集器以替代CMS。它是一款面向服务端应用的收集器，主要应用在多CPU和大内存服务器环境下，极大的减少垃圾收集的停顿时间，全面提升服务器的性能，逐步替换java8以前的CMS收集器。

主要改变是Eden，Survivor和Tenured等内存区域不再是连续的了，而是变成了一个个大小一样的region，每个region从1M到32M不等。一个region有可能属于Eden，Survivor或者Tenured内存区域。

G1特点

1. G1能充分利用多CPU、多核环境硬件优势，尽量缩短STW(除GC以后的线程暂停时间)
2. G1整体上采用标记-整理算法，局部是通过复制算法，不会产生内存碎片。
3. 宏观上看G1之中不再区分年轻代和老年代。把内存划分成多个独立的了区域(Region)，可以近似理解为一个围棋的棋盘。
4. G1收集器里面讲整个的内存区都混合在一起了，但其本身依然在小范围内要进行年轻代和老年代的区分，保留了新生代和老年代，但它们不再是物理隔离的，而是一部分Region的集合且不需要Region是连续的，也就是说依然会采用不同的GC方式来处理不同的区域。
5. G1虽然也是分代收集器，但整个内存分区不存在物理上的年轻代与老年代的区别，也不需要完全独立的survivor（tospace)堆做复制
   准备。G1只有逻辑上的分代概念，或者说每个分区都可能随G1的运行在不同代之间前后切换；

G1底层原理

Region区域化垃圾收集器

1. 区域化内存划片Region，整体编为了一系列不连续的内存区域，避免了全内存区的GC操作。
2. 核心思想是将整个堆内存区域分成大小相同的子区域（Region），在JVM启动时会自动设置这些子区域的大小，在堆的使用上，G1并不要求对象的存储一定是物理上连续的只要逻辑上连续即可，每个分区也不会固定地为某个代服务，可以按需在年轻代和老年代之间切换。启动时可以通过参数-XX:G1HeapRegionSize=n可指定分区大小（1MB~32MB，且必须是2的幂），默认将整堆划分为2048个分区。
3. 大小范围在IMB、32MB，最多能设置2048个区域，也即能够支持的最大内存为：32MB2048=65536MB=64G内存

G1算法将堆划分为若干个区域(Region)，它仍然属于分代收集器（在微观上来说仍然有将年轻代转移到老年代的操作存在）

这些Region的一部分包含新生代，新生代的垃圾收集依然采用暂停所有应用线程的方式，将存活对象拷贝到老年代或者survivor空间。

这些Region的一部分包含老年代，G1收集器通过将对象从一个区域复制到另外一个区域，完成了清理工作。这就意味着，在正常的处理过程中，G1完成了堆的压缩（至少是部分堆的压缩），这样也就不会有CMS内存碎片问题的存在了。

在G1中，还有一种特殊的区域，叫Humongous(巨大的）区域

如果一个对象占用的空间超过了分区容量50％以上，G1收集器就认为这是一个巨型对象。这些巨型对象默认直接会被分配在年老代，但是如果它是一个短期存在的巨型对象，就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题，G1划分了一个Humongous区，它用来专门存放巨型对象。如果一个H区装不下一个巨型对象，那么G1会寻找连续的H分区来存储。为了能找到连续的H区，有时候不得不启动Full GC

G1回收步骤

部分G1参数设置

• -XX:+UseG1GC
• -XX:G1HeapReginSize=n 设置的G1区域的大小。值是2的幂，范围是1MB到32MB。目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域
• -XX:MaxGCPauseMillis=n 最大GC停顿时间，这是个软目标，JVM将尽可以（但不保证）停顿小于这个时间
• -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 堆占用了多少的时候就触发GC，默认为45
• -XX:ConGCThreads 并发GC使用的线程数
• -XX:G1ReservePercent 设置作为空闲空间的预留内存百分比，以降低目标空间溢出的风险，默认是100%

和CMS相比的优势

比起CMS有两个优势：
1.G1不会产生内存碎片。
2.G1可以精确控制停顿。该收集器是把整个堆（新生代、老年代）划分成多个固定大小的区域，每次根据运行 停顿的时间去收集垃圾最多的区域。