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G1 垃圾收集器介绍

java water 0℃ 0评论

为解决CMS算法产生空间碎片和其它一系列的问题缺陷,HotSpot提供了另外一种垃圾回收策略,G1(Garbage First)算法,通过参数-XX:+UseG1GC来启用,该算法在JDK 7u4版本被正式推出,官网对此描述如下:

The Garbage-First (G1) collector is a server-style garbage collector, targeted for multi-processor machines with large memories. It meets garbage collection (GC) pause time goals with a high probability, while achieving high throughput. The G1 garbage collector is fully supported in Oracle JDK 7 update 4 and later releases. The G1 collector is designed for applications that:

Can operate concurrently with applications threads like the CMS collector.
Compact free space without lengthy GC induced pause times.
Need more predictable GC pause durations.
Do not want to sacrifice a lot of throughput performance.
Do not require a much larger Java heap.
G1垃圾收集算法主要应用在多CPU大内存的服务中,在满足高吞吐量的同时,竟可能的满足垃圾回收时的暂停时间,该设计主要针对如下应用场景:

垃圾收集线程和应用线程并发执行,和CMS一样
空闲内存压缩时避免冗长的暂停时间
应用需要更多可预测的GC暂停时间
不希望牺牲太多的吞吐性能
不需要很大的Java堆 (翻译的有点虚,多大才算大?)
堆内存结构
1、以往的垃圾回收算法,如CMS,使用的堆内存结构如下:

新生代:eden space + 2个survivor
老年代:old space
持久代:1.8之前的perm space
元空间:1.8之后的metaspace
这些space必须是地址连续的空间。

2、在G1算法中,采用了另外一种完全不同的方式组织堆内存,堆内存被划分为多个大小相等的内存块(Region),每个Region是逻辑连续的一段内存,结构如下:

每个Region被标记了E、S、O和H,说明每个Region在运行时都充当了一种角色,其中H是以往算法中没有的,它代表Humongous,这表示这些Region存储的是巨型对象(humongous object,H-obj),当新建对象大小超过Region大小一半时,直接在新的一个或多个连续Region中分配,并标记为H。

Region

堆内存中一个Region的大小可以通过-XX:G1HeapRegionSize参数指定,大小区间只能是1M、2M、4M、8M、16M和32M,总之是2的幂次方,如果G1HeapRegionSize为默认值,则在堆初始化时计算Region的实践大小,具体实现如下:

默认把堆内存按照2048份均分,最后得到一个合理的大小。

GC模式
G1中提供了三种模式垃圾回收模式,young gc、mixed gc 和 full gc,在不同的条件下被触发。

young gc

发生在年轻代的GC算法,一般对象(除了巨型对象)都是在eden region中分配内存,当所有eden region被耗尽无法申请内存时,就会触发一次young gc,这种触发机制和之前的young gc差不多,执行完一次young gc,活跃对象会被拷贝到survivor region或者晋升到old region中,空闲的region会被放入空闲列表中,等待下次被使用。

参数 含义
-XX:MaxGCPauseMillis 设置G1收集过程目标时间,默认值200ms
-XX:G1NewSizePercent 新生代最小值,默认值5%
-XX:G1MaxNewSizePercent 新生代最大值,默认值60%
mixed gc

当越来越多的对象晋升到老年代old region时,为了避免堆内存被耗尽,虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器,即mixed gc,该算法并不是一个old gc,除了回收整个young region,还会回收一部分的old region,这里需要注意:是一部分老年代,而不是全部老年代,可以选择哪些old region进行收集,从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。

那么mixed gc什么时候被触发?

先回顾一下cms的触发机制,如果添加了以下参数:

1
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
当老年代的使用率达到80%时,就会触发一次cms gc。相对的,mixed gc中也有一个阈值参数 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent,当老年代大小占整个堆大小百分比达到该阈值时,会触发一次mixed gc.

mixed gc的执行过程有点类似cms,主要分为以下几个步骤:

initial mark: 初始标记过程,整个过程STW,标记了从GC Root可达的对象
concurrent marking: 并发标记过程,整个过程gc collector线程与应用线程可以并行执行,标记出GC Root可达对象衍生出去的存活对象,并收集各个Region的存活对象信息
remark: 最终标记过程,整个过程STW,标记出那些在并发标记过程中遗漏的,或者内部引用发生变化的对象
clean up: 垃圾清除过程,如果发现一个Region中没有存活对象,则把该Region加入到空闲列表中
full gc

如果对象内存分配速度过快,mixed gc来不及回收,导致老年代被填满,就会触发一次full gc,G1的full gc算法就是单线程执行的serial old gc,会导致异常长时间的暂停时间,需要进行不断的调优,尽可能的避免full gc.

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