G1垃圾回收器

1、JVM垃圾收集器发展过程

1、第一阶段：Serial（串行）收集器
特点：单线程收集器，垃圾回收时，必须暂停其他所有工作线程。
2、第二阶段：Parallel（并行）收集器
特点：充分利用多核特性，使用多线程完成清理工作。
3、第三阶段：CMS（并发）收集器
特点：垃圾收集线程和用户线程，可以同时执行。
缺点：CPU资源敏感；无法处理浮动垃圾；大量内存碎片
初始标记：【需要停顿】。只标记GC ROOTS能直接关联到的对象，速度很快
并发标记：与用户线程同时执行。标记GC ROOTS所有能关联到的对象。
重新标记：【需要停顿】。修正并发标记期间，因用户程序执行导致标记变动的记录。
并发清除：与用户线程同时执行，清理标记的垃圾对象。会产生浮动垃圾
4、第四阶段：G1(Garbage-First)（并发）收集器
特点：引入分区(分治、部分收集)，弱化分代。关注最小时延，适合大尺寸堆内存。应用在多处理器和大容量内存环境中，尽量缩短处理超大堆(大于4GB)时，产生的停顿。带有整理功能，相对CMS内存碎片的产生率大大降低；STW可控，停顿时间上加了预测机制

2、G1收集器对比CMS

1、算法：基于标记-整理算法，碎片产生率降低。CMS有可能出现分配大对象时，无法得到连续空间而导致提前触发一次full gc。
2、停顿时间可控：通过设置预期停顿时间，控制gc时间，避免应用雪崩。
3、收集区域：G1虽然保留了新老代的概念，但是收集器是以整个区域为单位收集的。G1可以在Young GC中使用，CMS只能在Old区(常搭配ParNew收集年轻代)。
4、Remark阶段高效：RSet解决跨代引用(如Old区域引用Young区域对象)、SATB算法记录漏标对象。
1.G1之前JVM内存模型

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2.G1收集器的内存模型
Humongous：存放大对象(超过Region容量的一半)。

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4、G1重点参数
-XX:+UseG1GC：启用G1收集器
-XX: G1HeapRegionSize：设置Region分区大小。1M~32M，size越大垃圾存活时间长，gc间隔长，但gc的持续时间边长
-XX: MaxGCPauseMillis：最大GC停顿时间，软目标。

3、G1收集器底层原理

1）G1运作过程
1.初始标记：标记GC Roots能直接关联到的对象。修改TAMS指针(Top at Mark Start），【G1为每个Region分配了两个指针，用于记录回收过程中新对象的分配】，短暂停顿用户线程，借用Minor GC时完成。
2.并发标记：从GC Roots开始递归扫描整个堆，对堆中对象进行可达性分析。【与用户线程并发执行，并发过程漏标对象使用SATB(snapshot-at-the-beginning)算法记录】
3.最终标记：短暂停顿用户线程，处理并发阶段遗留的漏标对象。
4.筛选回收：对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户期望的停顿时间，制定回收计划，回收一部分Region。【两种回收模式，Young GC、Mixed GC】

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2）Young GC回收过程
分配一般对象(非巨型对象)时，所有E区使用达最大阈值且无法申请到足够内存时，进行一次Young GC。回收所有S区和E区，将存活对象复制到O和另外S区。
1.根扫描(初始标记)。STW，扫描GC Roots对象
2.处理Dirty Card，更新Rset。
3.扫描Rset。扫描Rset中所有Old区对Young区、S区的引用。
4.对象拷贝。拷贝存活对象到S区和Old区。
3）Mixed GC回收过程
当越来越多对象晋升到O区时，为避免内存耗尽，虚拟机会触发mixed gc。回收整个E和S区，根据用户期望停顿时间，回收一部分O区。

4、G1底层支持

1）三色标记与漏标问题
三色标记
黑色：跟对象；或者该对象和他的子对象都被扫描过。
灰色：本身被扫描，但还未扫描该对象的子对象。
白色：未被扫描的对象；扫描完所有对象后，白色为不可达对象(垃圾对象)
漏标问题

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CMS中的解决方案：Incremental Update算法：当一个白色的对象被一个黑色对象引用，【将黑色对象重新标记为灰色】，让垃圾回收器重新扫描。
G1中的解决方案：SATB(snapshot-at-the-beginning)：当B->C的引用链消失时，将C推到GC的堆栈上，保证C还能被GC扫描到。
2）Rset解决跨代引用
现象：如果老年代引用了新生代的对象，那么回收新生代时，要跟踪老年代到新生代的所有引用。

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Remembered Set：Hash表，Key是Region的地址，Value是对象的卡页集合。【其他Region中的对象引用本Region中对象的关系，表示谁引用了我的对象】
CardTable：如果一个O区CardTable中有对象指向Y区，就将它设置为Dirty，下次扫描时，只需要扫描CardTable上是Dirty的内存区域即可。
3）TAMS(Top at Mark Start)指针
G1为每个Region区域设计了两个TASM指针。要达到与用户线程并发运行，必须要解决回收过程中新对象的分配。从Region区域划分出一部分空间，用于记录并发回收过程中的新对象产生，不纳入垃圾回收范围。
4）安全点与安全区域
安全点：用户线程暂停，GC线程开始工作，要确保用户暂停的这行字节码指令，【不会导致引用关系的变化】，如【方法调用、循环跳转、异常跳转等】
主动式中断：设置一个标志，各用户线程主动轮训这个标志，True则在最近的安全点上主动中断挂起。
安全区域：如果业务线程处于Sleep或者Blocked状态，程序则没办法进入安全点。作为安全点的扩展【确保在某段代码中，引用关系不会发生变化】