可靠的采集神器(4.垃圾收集过程G1收集器的运行*敏*感*词*如下的Mixed和继承人)

　　可靠的采集神器(4.垃圾收集过程G1收集器的运行*敏*感*词*如下的Mixed和继承人)

　　1. 简介

　　Garbage First（简称G1）采集器是垃圾采集器技术发展史上的一个里程碑式的成就：它开创了“面向本地采集”的设计思想和“基于Region”的内存布局形式.

　　G1采集器是一个主要针对服务端应用的垃圾采集器，它的定位是“cms采集器的替代者和继承者”。其发展简史如下：

　　2. 堆内存划分

　　虽然 G1 采集器也遵循分代采集理论，但它的堆内存布局与其他采集器有很大不同：

　　G1采集器的堆内存划分如图：

　　3. 暂停时间模型3.1 暂停时间模型

　　暂停预测模型：指定在 M 毫秒的时间段内，垃圾回收所花费的时间很可能不超过 N 毫秒。

　　G1采集器之所以能够建立可预测的暂停时间模型，是因为它把Region作为单次回收的最小单位（每次采集的内存空间是Region大小的整数倍），这样整个Java 堆执行全区域垃圾采集。

　　更具体的处理思路：让G1采集器跟踪每个Region中垃圾堆积的“值”，然后在后台维护一个优先级列表。每次根据用户设置的采集暂停时间，优先处理和回收价值将是最有利可图的。那些区域（这就是“垃圾优先”名称的由来）。

　　“值”是通过每次恢复获得的空间量和恢复所需时间的经验值来衡量的。

　　3.2 混合 GC

　　对于 G1 采集器之前的所有其他采集器（包括 cms 采集器），垃圾采集的目标范围要么是整个年轻代（Minor GC），要么是整个老年代（Major GC），要么是整个 Java堆（Full GC）。

　　而G1则跳出这个笼子：它可以对堆内存的任何部分形成一个集合集（俗称CSet）进行回收。衡量的标准不再是它属于哪一代，而是哪一块内存收录的垃圾量最大，回收收益最大。这是 G1 采集器的混合 GC 模式。

　　4. 垃圾采集过程

　　G1采集器的运行图如下：

　　其操作过程大致可以分为以下四个步骤：

　　4.1 初始标记功能

　　TAMS：Top at Mark Start，Region中的指针，用于并发标记时为对象分配内存空间。

　　4.2 并发标记

　　从GC Root开始，对堆中的对象进行可达性分析，递归扫描整个堆中的对象图，找到需要回收的对象。

　　另外，扫描完成后，需要重新处理并发期间引用发生变化的STAB记录的对象。

　　STAB: Snapshot At The Beginning，原创快照，参考上篇《》6.3 部分。

　　4.3 最终标记功能4.4 筛选和回收功能5. 一些细节5.1 跨区域参考对象

　　解决办法是使用前面“”的第4节中的“内存集”，避免将整个堆扫描为GC Roots。

　　但是，G1 的内存集更复杂，因为：

　　根据经验，G1至少需要消耗Java堆容量的10%~20%左右的额外内存空间来维持采集器的工作。

　　5.2 并发标记

　　解决方案在上一篇第6节分析：cms采集器采用增量更新算法，而G1采集器采用原创快照（STAB）算法实现。

　　另外，由于用户线程在并发标记时还在执行，所以肯定会继续创建新对象。

　　G1为每个Region设计了两个名为TAMS（Top at Mark Start）的指针，将Region中的一部分空间用于并发采集过程中新对象的分配（默认都是存活的，不包括在采集范围内） ) )。

　　需要注意的是，如果内存回收速度跟不上内存分配速度，G1采集器也会被强制冻结用户线程的执行，导致Full GC和长时间的“Stop The World”。

　　5.3 可靠的暂停模型

　　G1采集器的暂停模型是基于Decaying Average的理论基础：在垃圾采集过程中，G1采集器会分析每个Region的采集时间，内存中脏卡的数量等平均值，标准偏差等

　　“衰减平均值”比普通平均值更准确地表示“最近”的平均值状态。该信息用于预测在不超过预期暂停时间的约束下将采集哪些 Region 以获得最高回报。.

　　6. G1 VS cms

　　G1 采集器经常与 cms 采集器进行比较。

　　不管G1的一些创新设计：可以指定最大暂停时间，子区域的内存布局，以及根据收入动态确定集合等等，这里只说一些其他比较常见的地方。

　　6.1 采集算法

　　G1的这两种算法在运行过程中防止内存空间碎片化，并在垃圾回收完成后提供正常可用的内存。而且这对于程序长时间运行是有好处的（大对象分配内存时，由于无法找到连续的内存空间，不容易提前触发下一次采集）。

　　6.2 内存占用

　　cms 和 G1 都使用卡表来处理跨代指针，但 G1 的卡表实现更复杂，区域更多（本文 5.1 节）。

　　相比之下，cms的卡片表比较简单，只有一份，只需要处理老年代到新生代的引用。

　　与cms相比，G1的内存占用更大。

　　6.3 额外的执行负载

　　由于两者的实现细节不同，用户程序执行时的负载会有所不同。以写屏障为例：

　　G1 的写屏障比 cms 消耗更多的计算资源。因此，cms 写屏障是一个同步操作，而 G1 使用的是类似于消息队列的异步操作。

　　一般来说：

　　这个临界点大概在6~8G（经验值）之间。

　　一些相关的虚拟机参数如下：

　　# 使用 G1 收集器

-XX:+UseG1GC

# 设置 Region 大小（范围 1~32M，且为 2 的 N 次幂）

-XX:G1HeapRegionSize

# 最大收集停顿时间（默认 200 毫秒）

-XX:MaxGCPauseMillis

　　本文的主要内容总结如下：