初步介绍了G1的内存模型和分配规则，包括了下面的一些知识：

  • 每个Region多大
  • 新生代包含多少Region，
  • 新生代如何动态增加Region
  • Eden和Survivor两个区域仍然还是存在
  • 什么时候触发新生代的垃圾回收
  • 垃圾回收的复制算法
  • 还有G1特有的预设GC停顿时间的作用
  • 什么时候对象进入老年代
  • 大对象的独立Region存放和回收
  • G1 是如何工作的？
  • 对象什么时候进入新生代的 Region？
  • 什么时候触发 Region GC？
  • 什么时候对象进入老年代的 Region？
  • 什么时候触发老年代的 Region GC？
  • 如果使用G1垃圾回收的时候，应该值得优化的是什么地方？
  • 什么时候可能会导致G1频繁的触发Mixed混合垃圾回收？
  • 如何尽量减少Mixed GC的频率？

1. G1垃圾回收器

  • G1 的垃圾回收性能，比“ParNew+CMS”的垃圾回收器组合更好；
  • 核心设计思想：
    • 将 Java 堆内存拆分为很多个大小相等的 Region；
    • Region 刚开始可能谁都不属于，动态按需分配，第一次可能分配给了新生代，GC 后可能下次就分配给老年代了；
    • 新生代和老年代各自对应一些 Region；
    • G1 允许设置一个垃圾回收的预期停顿时间（例如一小时 Stop the world 不超过1分钟）
    • G1 会追踪每个 Region 的回收价值，每个 Region 中可以回收的对象大小和预估时间；
    • 回收垃圾的时候，尽可能挑选停顿时间最短以及回收对象最多的 Region，尽量保证达到我们指定的垃圾回收系统停顿时间；

2. 从对象在内存中的分配到垃圾回收的触发过程分析

(1) G1 对应的内存空间是如何分配的？

  • 使用“-XX:+UseG1GC”来指定使用 G1 垃圾回收器；
  • 使用“-Xms”和“-Xmx”来给整个堆内存设置了大小后，默认情况下 G1 会自动计算和设置有多少个 Region 和每个 Region 大小是多少；
    1. - JVM 最多可以有2048个 Region；
    2. - Region 的大小 ≈ 堆内存大小 / 2048，且 Region 的大小必须是2的倍数，比如1M、2M、4M之类；
  • 可以使用“-XX:G1HeapRegionSize”来手动指定 Region 大小；
  • 刚开始的时候，默认新生代对堆内存（4G）的占比是5%，2048*5%≈100个 Region，占200M左右的内存；
    • 可以使用“-XX:G1NewSizePercent”设置刚开始运行时新生代的初始占比，默认5%；
    • 可以使用“-XX:G1MaxNewSizePercent”设置新生代占比最大值，默认60%，系统运行后，JVM 会不断给新生代增加更多的 Region，最后不能超过最大占比值；
  • 可以使用“-XX:SurvivorRatio=8”划分新生代的 Eden 和 Survivor 比例，默认8:1:1，例如，新生代初始有 100 Region，那么 Eden 就是80个 Region，两个 Survivor 就是各占10个 Region；
  • 因为新生代最大占比60%，所以老年代最大空间占比40%，初始值是0个 Region，因为对象刚开始都是放在新生代；
  • G1 提供了专门的 Region 来存放大对象，而不是让大对象进入老年代的 Region 中；
    • 大对象判定规则：对象的大小超过了一个 Region 大小的50%，例如每个 Region 是2M大小，只要一个对象超过了 1M 就是大对象；
    • 如果一个对象太大，可以横跨多个 Region 来存放；
    • 虽然没有明确分配大对象 Region 的占比，但是 Region 都是按需动态分配的，会有很多空的 Region 用来存放大对象；

(2) G1 的新生代垃圾回收机制

  • 触发垃圾回收机制和之前的很类似；
  • 系统不停的向新生代的 Eden 对应的 Region 中放对象，JVM 就会不停的给新生代增加更多的 Region，直到新生代占比达到60%（Eden 1000个Region、Survivor 各 100个Region）；
  • Eden 占满，触发新生代的 GC，G1 还是使用复制算法进行垃圾回收；
  • 进入 Stop the World 状态；
    • 可以使用“-XX:MaxGCPauseMills”设置 G1 执行 GC 的时候最多让系统停顿多长时间，默认200ms；
    • G1 会对每个 Region 追踪回收他需要多少时间，可以回收多少对象来选择一部分的 Region，保证 GC 停顿时间控制在指定范围内，尽可能多的回收掉一些对象；
  • 然后把 Eden 对应的 Region 中的存活对象放入 S1 对应的 Region 中；
  • 接着回收掉 Eden 对应的 Region 中的垃圾对象；

(3) 对象什么时候进入老年代？

  • 对象进入老年代的时机，几乎和之前是一样的；
    • 使用“-XX:MaxTenuringThreshold”设置对象躲过几次垃圾回收进入老年代，默认15；
    • 动态年龄判定规则，如果发现某次 GC 后，存活对象超过了 Survivor 的 50%，此时判断一下，比如年龄1…年龄4的对象大小总和超过了 Survivor 的50%，此时4岁以上的对象全部进入老年代；

(4) 大对象 Region 的垃圾回收

  • 大对象 Region 既不属于新生代，也不属于老年代；
  • 新生代、老年代在回收的时候，会顺带对大对象 Region 一起回收；

(5) G1 的新生代+老年代的混合垃圾回收机制

image.png

  • 触发时机：
    • 使用“-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent”设置触发混合回收的触发时机，默认45%，即老年代占据堆内存的45%的 Region 的时候，堆内存2048个 Region，老年代接近1000个 Region 的时候，就会触发一个混合回收；
  • 回收过程：
    • 初始标记：进入 Stop the World 状态停止系统工作线程，然后对各个线程栈内存中的方法局部变量、以及方法区中的类静态变量所代表的 GC Roots，进行扫描，标记出来他们直接引用的对象作为存活对象；
      • 速度很快，只扫描 GC Roots 的直接关联对象；
    • 并发标记：系统程序继续运行，从 GC Roots 变量直接关联的对象开始追踪，标记出所有间接引用的对象作为存活对象；
      • 速度慢，要扫描所有的存活对象，但是对系统程序影响不大；
      • 系统继续运行，会对一些对象做出修改，JVM 会对这些对象的修改记录下来，如那个对象被新建、哪个对象失去了引用；
    • 最终标记：进入 Stop the World 状态停止系统工作线程，根据并发标记阶段的做的修改记录，最终标记一下有哪些存活对象，有哪些是垃圾对象；
    • 混合回收：
      • 会对新生代、老年代、大对象进行垃圾回收；
      • 首先，计算新生代、老年代、大对象中每个 Region 的存活对象数量，存活对象的占比，还有执行垃圾回收的预期性能和效率；
      • 此阶段的回收，是通过反复多次的执行混合回收完成，尽可能让系统不要停顿太长时间，可以在多次回收的间隙，也运行一下；
        • 使用“-XX:G1MixedGCCountTarget”设置此阶段执行几次混合回收，默认8次；
        • 进入 Stop the World 状态，G1 会从新生代、老年代、大对象里各自挑选一些 Region 进行回收，在指定的停顿时间内尽可能回收更多的垃圾对象；
        • 使用“-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent”，默认值85%，即确定要回收的 Region 的时候，必须存活对象低于85%的 Region 才可以进行回收；
        • 混合回收的时候，基于复制算法，将要回收的 Region 里的存活对象放入空的 Region，清空要回收的 Region；
        • 使用“-XX:G1HeapWastePercent”默认值5%，即清理空闲出来的 Region 数量达到堆内存的5%时，就会立即停止本次混合回收；
  • 回收失败时 Full GC
    • 混合回收基于复制算法，如果在将各个 Region 的存活对象拷贝到空 Region 的过程中，发现没有空闲的 Region，就会触发一次失败；
    • 一旦失败，就会停止系统工作线程，采用单线程进行标记、清理和压缩整理，空闲出一批 Region；
    • 这个过程是极慢的，对系统性能影响很大；