G1
G1垃圾收集器简介
Garbage First(简称:G1)收集器是垃圾收集器技术发展历史上的一个里程碑,它开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式.
G1是一款主要面向服务端应用的垃圾收集器,HotSpot开发团队赋予它的期望是未来可以替换掉JDK5中发布的CMS收集器. JDK9发布之日,G1宣布取代了
Parallel Scavenge加Parallel Old的组合,成为服务端模式下默认的垃圾收集器,而CMS则被声明为(Deprecate)使用的收集器.G1收集器兼顾
低延迟和高吞吐在服务端运行,HotSpot团队期望取代CMS收集器。也就是在满足停顿时间的情况下获取最大的吞度量。有两种收集模式Young GC和Mixed GC。G1收集器将堆内存划分成大小相等的Region,新生代,老年代也就成了逻辑概念。整体上采用的是标记-整理算法,局部采用了复制算法。G1实现了可控停顿时间的垃圾收集器,通过
-XX:MaxGCPauseMillis参数进行设置，默认是200ms。G1是jdk1.9的默认垃圾收集器,-XX:+UseG1GC开启
Region简介
G1开创了基于Region的堆内存布局,虽然G1也遵循分代思想,但是堆内存布局和其它垃圾收集的内存布局有着巨大的变化. G1垃圾收集器不再坚持固定大小分代分区,而是把连续的堆内存分成大小一样的独立区域(Region),每一个Region可以根据需要扮演
新生代(Eden),Survivor空间,老年代。 G1垃圾收集器可以根据扮演不同角色的Region采用不同的策略去处理，这样无论是新创建的对象，还是已经存活了一段时间的对象, 或则经历过很多次垃圾收集但是还存活下来的对象,都会有很好的效果。
G1中五种不同的Region
新生代,老年代的Region不再是一块连续的空间。当然存放大对象的Region必须要连续。
- 新生代(Eden Region)
- 年轻代(Survivor Region)
- 老年代(Old Region)
- 巨型对象(Humongous Region)
- 未分配(Free Region)
巨型对象区(Humongous Region)
Region中有一种特殊的
Humongous Region,专门用来存储大对象。G1收集器规定只要对象的大小超过了Region大小的一般就会被认为是巨型对象 。每个Region的大小可以通过-XX:G1HeapRegionSize来调整(1MB-32MB,且为2的N次幂)。G1收集器通常把Humongous Region看做老年代的一部分。
对象划分的规则
- 对象大小小于一半
Region,直接存储到标记为Eden的Region - 对象大小大于一半
Region但是小于一个Region,存储到标记为Humongous的Region中 - 对象大小超过一个
Region大小,存储到标记为Humongous的多个连续Region中
GC类型
- youngGC:回收Eden区和Survivor区
- MixedGC:回收所有的新生代和部分老年区
- FullGC:回收整个堆
Remenbered Set,简称RSet
由于分代的内存不连续,导致GC搜索垃圾对象时,需要扫描整个堆。为了解决这个问题,G1为每个Region都维护了一个
Remenbered Set,用来记录对象的引用情况,当GC发生的时候根据Remenbered Set的索引情况去搜索。Rset是一个空间换时间的数据结构。有了Rset可以避免对整个堆进行扫描。
Remenbered Set存储的引用关系类型
- 1.分区内引用
- 2.新生代分区Y1引用新生代分区Y2
- 3.新生代分区Y1引用老年代分区O1
- 4.老年代分区O1引用新生代分区Y1
- 5.老年代分区O1引用老年代分区O2
youngGC时,GC Root主要是两类,栈空间和老年代到新生代区分的引用(2,3)关系。MixedGC时,由于只收集老年代区,所以老年代分区引用(4,5)关系将被使用。
G1垃圾收集器执行步骤
初始标记(stop the world)
比较
GC Roots直接引用的对象同时标记,同时标记GC Roots对象所在的Region称为Root Region标记GC Roots能够直接关联的对象(Root Region),修改
TAMS指针的值,使的下一阶段用户线程并发运行时,能在正确的Region中分配对象。需要停顿用户线程,但耗时很短,且借助
Minor GC时同步完成。
- 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。
根分区扫描
拿到初始标记的
Root Region,扫描整个堆的所有Region的Rset看是否有Root Region,并标记Region
并发标记
遍历上一步标记过的Region对堆中对象进行可达性分析,递归扫描整个堆里的对象图,找到要回收的对象。耗时较长,可以和用户线程并行。
耗时较长,可遇用户线程并行,当对象扫描完成以后,还要重新处理SATB记录下的在并发时有引用变动的对象。
重新标记(stop the world)
由于
并发标记是和应用线程并发执行的,所以不可避免的有些对象会发生变化,G1 GC清空 SATB缓冲区，跟踪未被访问的存活对象，并执行引用处理。短暂的暂停用户线程,用于处理
并发标记阶段遗留下来最后少量的SATB记录。
筛选回收(stop the world)
负责更新Region的统计数据,对各个Region的回收价值进行排序,根据用户所期待的停顿时间,来制定回收计划,可以自由选择任意组合的
Region进行回收,然后将需要回收的Region中的对象复制到空的Region,再清理掉整个旧的Region.这里涉及移动存活对象,所以也要暂停用户线程,由多条收集器线程并行完成。评估每个
Region的垃圾量,选取回收效果最好的若干Region收集(取决于-XX:MaxGCPauseMillis设置值,默认是200ms)。在规定停顿时间内,获取最大的吞吐量。
G1提高效率的有哪些点
- 使用Rset降低了扫描范围
- 重新标记阶段使用SATB速度比CMS的增量更快
- 清理过程中,选择部分回收价值高的
Region进行清理(MixedGC),而不是所有的Region提高了清理效率。
G1和CMS的区别
- G1采用
标记-整理算法,CMS采用标记-清除算法,所以G1不会产生很多垃圾碎片. - G1的STW(stop the world)可控,可以使用
-XX:MaxGCPauseMillis设置默认200ms - G1的
Young GC模式可以工作在年轻代,而单独的CMS只能工作在老年代.
G1的应用场景
- 服务端多核CPU,JVM占用较大的应用(至少大于4G)。
- 应用在运行过程中产生大量的碎片,需要经常压缩。
- 想要更可控,可预期的停顿时间;防止高并发下应用雪崩现象。