什么?面试官问我G1垃圾收集器?

本文详细介绍了G1垃圾收集器的主要特点和工作流程,包括其如何从物理分代转变为逻辑分代,使用RSet处理跨代引用,以及MinorGC和MixedGC的执行过程。G1通过全局并发标记和SATB算法解决了并发问题,并提供了可定制的停顿时间参数。此外,文章还探讨了何时会触发FullGC的情况。

面试官要不这次来聊聊G1垃圾收集器?

候选者:嗯嗯,好的呀

候选者:上次我记得说过,CMS垃圾收集器的弊端:会产生内存碎片&&空间需要预留

候选者:这俩个问题在处理的时候,很有可能会导致停顿时间过长,说白了就是CMS的停顿时间是「不可预知的」

候选者:而G1又可以理解为在CMS垃圾收集器上进行”升级”

候选者:G1 垃圾收集器可以给你设定一个你希望Stop The Word 停顿时间,G1垃圾收集器会根据这个时间尽量满足你

候选者:在前面我在介绍JVM堆的时候,是画了一张图的。堆的内存分布是以「物理」空间进行隔离

候选者:在G1垃圾收集器的世界上,堆的划分不再是「物理」形式,而是以「逻辑」的形式进行划分

候选者:不过,像之前说过的「分代」概念在G1垃圾收集器的世界还是一样奏效的

候选者:比如说:新对象一般会分配到Eden区、经过默认15次的Minor GC新生代的对象如果还存活,会移交到老年代等等…

候选者:我来画下G1垃圾收集器世界的「堆」空间分布吧

候选者:从图上就可以发现,堆被划分了多个同等份的区域,在G1里每个区域叫做Region

候选者:老年代、新生代、Survivor这些应该就不用我多说了吧?规则是跟CMS一样的

候选者:G1中,还有一种叫 Humongous(大对象)区域,其实就是用来存储特别大的对象(大于Region内存的一半)

候选者:一旦发现没有引用指向大对象,就可直接在年轻代的Minor GC中被回收掉

面试官:嗯…

候选者:其实稍微想一下,也能理解为什么要将「堆空间」进行「细分」多个小的区域

候选者:像以前的垃圾收集器都是对堆进行「物理」划分

候选者:如果堆空间(内存)大的时候,每次进行「垃圾回收」都需要对一整块大的区域进行回收,那收集的时间是不好控制的

候选者:而划分多个小区域之后,那对这些「小区域」回收就容易控制它的「收集时间」了

面试官:嗯…

面试官那我大概了解了。那要不你讲讲它的GC过程呗?

候选者:嗯,在G1收集器中,可以主要分为有Minor GC(Young GC)和Mixed GC,也有些特殊场景可能会发生Full GC

候选者:那我就直接说Minor GC先咯?

面试官:嗯,开始吧

候选者:G1的Minor GC其实触发时机跟前面提到过的垃圾收集器都是一样的

候选者:等到Eden区满了之后,会触发Minor GC。Minor GC同样也是会发生Stop The World的

候选者:要补充说明的是:在G1的世界里,新生代和老年代所占堆的空间是没那么固定的(会动态根据「最大停顿时间」进行调整)

候选者:这块要知道会给我们提供参数进行配置就好了

候选者:所以,动态地改变年轻代Region的个数可以「控制」Minor GC的开销

面试官嗯,那Minor GC它的回收过程呢?可以稍微详细补充一下吗

候选者:Minor GC我认为可以简单分为为三个步骤:根扫描、更新&&处理 RSet、复制对象

候选者:第一步应该很好理解,因为这跟之前CMS是类似的,可以理解为初始标记的过程

候选者:第二步涉及到「Rset」的概念

面试官:嗯…

候选者:从上一次我们聊CMS回收过程的时候,同样讲到了Minor GC,它是通过「卡表」(cart table)来避免全表扫描老年代的对象

候选者:因为Minor GC 是回收年轻代的对象,但如果老年代有对象引用着年轻代,那这些被老年代引用的对象也不能回收掉

候选者:同样的,在G1也有这种问题(毕竟是Minor GC)。CMS是卡表,而G1解决「跨代引用」的问题的存储一般叫做RSet

候选者:只要记住,RSet这种存储在每个Region都会有,它记录着「其他Region引用了当前Region的对象关系」

候选者:对于年轻代的Region,它的RSet 只保存了来自老年代的引用(因为年轻代的没必要存储啊,自己都要做Minor GC了)

候选者:而对于老年代的 Region 来说,它的 RSet 也只会保存老年代对它的引用(在G1垃圾收集器,老年代回收之前,都会先对年轻代进行回收,所以没必要保存年轻代的引用)

面试官:嗯…

候选者:那第二步看完RSet的概念,应该也好理解了吧?

候选者:无非就是处理RSet的信息并且扫描,将老年代对象持有年轻代对象的相关引用都加入到GC Roots下,避免被回收掉

候选者:到了第三步也挺好理解的:把扫描之后存活的对象往「空的Survivor区」或者「老年代」存放,其他的Eden区进行清除

候选者:这里要提下的是,在G1还有另一个名词,叫做CSet。

候选者:它的全称是 Collection Set,保存了一次GC中「将执行垃圾回收」的Region。CSet中的所有存活对象都会被转移到别的可用Region上

候选者:在Minor GC 的最后,会处理下软引用、弱引用、JNI Weak等引用,结束收集

面试官:嗯,了解了,不难

面试官我记得你前面提到了Mixed GC ,要不来聊下这个过程呗?

候选者:好,没问题的。

候选者:当堆空间的占用率达到一定阈值后会触发Mixed GC(默认45%,由参数决定)

候选者:Mixed GC 依赖「全局并发标记」统计后的Region数据

候选者:「全局并发标记」它的过程跟CMS非常类型,步骤大概是:初始标记(STW)、并发标记、最终标记(STW)以及清理(STW)

面试官:确实很像啊,你继续来聊聊具体的过程呗?

候选者:嗯嗯,还是想说明下:Mixed GC它一定会回收年轻代,并会采集部分老年代的Region进行回收的,所以它是一个“混合”GC。

候选者:首先是「初始标记」,这个过程是「共用」了Minor GC的 Stop The World(Mixed GC 一定会发生 Minor GC),复用了「扫描GC Roots」的操作。

候选者:在这个过程中,老年代和新生代都会扫

候选者:总的来说,「初始标记」这个过程还是比较快的,毕竟没有追溯遍历嘛

面试官:…

候选者:接下来就到了「并发标记」,这个阶段不会Stop The World

候选者:GC线程与用户线程一起执行,GC线程负责收集各个 Region 的存活对象信息

候选者:从GC Roots往下追溯,查找整个堆存活的对象,比较耗时

面试官:嗯…

候选者:接下来就到「重新标记」阶段,跟CMS又一样,标记那些在「并发标记」阶段发生变化的对象

候选者:是不是很简单?

面试官:且慢

面试官CMS在「重新标记」阶段,应该会重新扫描所有的线程栈和整个年轻代作为root

面试官据我了解,G1好像不是这样的,这块你了解吗?

候选者:嗯,G1 确实不是这样的,在G1中解决「并发标记」阶段导致引用变更的问题,使用的是SATB算法

候选者:可以简单理解为:在GC 开始的时候,它为存活的对象做了一次「快照」

候选者:在「并发阶段」时,把每一次发生引用关系变化时旧的引用值给记下来

候选者:然后在「重新标记」阶段只扫描着块「发生过变化」的引用,看有没有对象还是存活的,加入到「GC Roots」上

候选者:不过SATB算法有个小的问题,就是:如果在开始时,G1就认为它是活的,那就在此次GC中不会对它回收,即便可能在「并发阶段」上对象已经变为了垃圾。

候选者:所以,G1也有可能会存在「浮动垃圾」的问题

候选者:但是总的来说,对于G1而言,问题不大(毕竟它不是追求一次把所有的垃圾都清除掉,而是注重 Stop The World时间)

面试官:嗯…

候选者:最后一个阶段就是「清理」,这个阶段也是会Stop The World的,主要清点和重置标记状态

候选者:会根据「停顿预测模型」(其实就是设定的停顿时间),来决定本次GC回收多少Region

候选者:一般来说,Mixed GC会选定所有的年轻代Region,部分「回收价值高」的老年代Region(回收价值高其实就是垃圾多)进行采集

候选者:最后Mixed GC 进行清除还是通过「拷贝」的方式去干的

候选者:所以,一次回收未必是将所有的垃圾进行回收的,G1会依据停顿时间做出选择Region数量(:

面试官:嗯,过程我大致是了解了

面试官那G1会什么时候发生full GC?

候选者:如果在Mixed GC中无法跟上用户线程分配内存的速度,导致老年代填满无法继续进行Mixed GC,就又会降级到serial old GC来收集整个GC heap

候选者:不过这个场景相较于CMS还是很少的,毕竟G1没有CMS内存碎片这种问题(:

本文总结(G1垃圾收集器特点):

  • 从原来的「物理」分代,变成现在的「逻辑」分代,将堆内存「逻辑」划分为多个Region
  • 使用CSet来存储可回收Region的集合
  • 使用RSet来处理跨代引用的问题(注意:RSet不保留 年轻代相关的引用关系)
  • G1可简单分为:Minor GC 和Mixed GC以及Full GC
  • 【Eden区满则触发】Minor GC 回收过程可简单分为:(STW) 扫描 GC Roots、更新&&处理Rset、复制清除
  • 【整堆空间占一定比例则触发】Mixed GC 依赖「全局并发标记」,得到CSet(可回收Region),就进行「复制清除」
  • R大描述G1原理的时候,从宏观的角度看G1其实就是「全局并发标记」和「拷贝存活对象
  • 使用SATB算法来处理「并发标记」阶段对象引用可能会修改的问题
  • 提供可停顿时间参数供用户设置(G1会尽量满足该停顿时间来调整 GC时回收Region的数量

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<think>好的,我现在需要回答用户关于JVM垃圾回收机制的题。用户希望知道如果面试官到这个题,应该怎么回答。首先,我需要回忆JVM垃圾回收的基本概念、主要算法、分代收集机制以及常见的垃圾收集器。 首先,垃圾回收机制是JVM自动管理内存的核心部分,负责回收不再使用的对象,释放内存空间。用户可能知道一些基本概念,但作为面试回答,需要结构清晰,涵盖关键点。 接下来,我需要分步骤来组织回答。通常,面试回答需要包括以下几个部分:垃圾回收的作用、判断对象可回收的方法(引用计数法、可达性分析)、垃圾回收算法(标记-清除、复制、标记-整理、分代收集)、分代收集的具体细节(年轻代、老年代、永久代/元空间),以及常见的垃圾收集器(如Serial、Parallel、CMS、G1、ZGC等)。 需要注意的是,用户可能希望回答既全面又不冗长,所以需要平衡深度和广度。同时,要避免技术性错误,比如混淆分代收集中的不同区域,或者错误描述某个垃圾收集器的工作方式。 另外,面试中可能会追一些细节,比如如何选择垃圾收集器,或者垃圾回收的调优参数,所以在回答中可以适当提到这些点,展示更深入的理解。 现在,我需要检查是否有遗漏的关键点。例如,可达性分析中的GC Roots包括哪些对象?分代收集为什么有效?各垃圾收集器的适用场景和优缺点? 可能存在的误区是,用户可能认为引用计数法是JVM使用的方法,但实际上JVM主要使用可达性分析。需要指出这一点,避免错误。 最后,用简洁明了的语言组织回答,确保逻辑清晰,结构合理,涵盖面试官关心的核心内容。</think>### 分步回答: #### **1. 核心作用** JVM垃圾回收(Garbage Collection, GC)自动管理堆内存,通过回收不再使用的对象(“垃圾”)释放空间,避免内存泄漏和手动管理错误。 --- #### **2. 关键机制** ##### **(1) 判断对象可回收** - **引用计数法(非JVM实际使用)** 每个对象记录被引用次数,归零时回收。**缺点**:无法解决循环引用题。 - **可达性分析(JVM实际采用)** 从`GC Roots`出发,遍历对象引用链。不可达的对象标记为可回收。 **GC Roots包括**: - 虚拟机栈中引用的对象(如局部变量) - 方法区中类静态属性引用的对象 - 方法区中常量引用的对象 - 本地方法栈中JNI引用的对象(Native方法) ##### **(2) 垃圾回收算法** | 算法 | 过程 | 优点 | 缺点 | |----------------|----------------------------------------------------------------------|--------------------------|--------------------------| | **标记-清除** | 1. 标记可回收对象<br>2. 直接清除 | 简单 | 内存碎片化 | | **复制** | 将存活对象复制到未使用的内存区域,清空原区域 | 无碎片,适合年轻代 | 内存利用率低(需预留空间)| | **标记-整理** | 1. 标记可回收对象<br>2. 存活对象向一端移动,清理边界外内存 | 无碎片,适合老年代 | 移动对象开销大 | | **分代收集** | 按对象生命周期划分内存区域,不同代采用不同算法 | 结合各算法优势 | 需协调多代回收策略 | --- #### **3. 分代收集实现** ##### **(1) 堆内存划分** | 区域 | 特点 | 使用算法 | 触发条件 | |------------|----------------------------------------------------------------------|--------------------------|-------------------------| | **年轻代** | - 存放新创建对象<br>- 98%对象“朝生夕死” | 复制算法(默认比例8:1:1)| Eden区满时触发Minor GC | | **老年代** | - 存放长期存活对象<br>- 从年轻代晋升(经历多次GC未被回收) | 标记-清除或标记-整理 | 老年代空间不足触发Full GC| | **元空间** | - 替代永久代(JDK8+)<br>- 存储类元数据 | 由操作系统直接管理 | 元空间不足触发Full GC | ##### **(2) 对象分配与晋升** 1. 对象优先分配在**Eden区** 2. **Minor GC**后存活对象进入**Survivor区**(From/To交换) 3. 默认经历15次Minor GC仍存活的对象晋升到**老年代** --- #### **4. 常见垃圾收集器** | 收集器 | 区域 | 算法 | 特点 | 适用场景 | |--------------------|------------|------------------|----------------------------------------------------------------------|-------------------------| | **Serial** | 年轻代 | 复制 | 单线程,STW(Stop-The-World) | 客户端模式,低延迟需求低| | **ParNew** | 年轻代 | 复制 | Serial的多线程版本 | 配合CMS使用 | | **Parallel Scavenge**| 年轻代 | 复制 | 多线程,吞吐量优先 | 后台计算型任务 | | **CMS** | 老年代 | 标记-清除 | 并发收集,低停顿 | 响应速度敏感型系统 | | **G1** | 全堆 | 分Region+标记-整理| 可预测停顿时间,区域化内存管理 | 大内存、低延迟场景 | | **ZGC** | 全堆 | 染色指针+读屏障 | 亚毫秒级停顿,支持TB级堆内存 | 超低延迟、超大堆 | --- #### **5. 调优核心参数** ```bash # 基础配置 -Xms512m -Xmx512m # 初始堆大小和最大堆大小 -XX:NewRatio=2 # 老年代与年轻代的比例(老年代:年轻代=2:1) -XX:SurvivorRatio=8 # Eden与Survivor区的比例(Eden:From:To=8:1:1) # 收集器选择 -XX:+UseSerialGC # 使用Serial+Serial Old组合 -XX:+UseParNewGC # 使用ParNew+CMS组合 -XX:+UseG1GC # 启用G1收集器 # GC日志 -XX:+PrintGCDetails # 打印GC详细信息 -Xloggc:/path/to/gc.log # 输出GC日志到文件 ``` --- ### **面试回答示例** “JVM的垃圾回收机制主要管理堆内存,通过可达性分析算法判断对象是否存活。堆内存分为年轻代和老年代,年轻代采用复制算法(Minor GC),老年代使用标记-清除或标记-整理算法(Full GC)。常见收集器如CMS追求低停顿,G1通过分Region实现可预测停顿,ZGC则支持超大堆和亚毫秒级延迟。调优时需要根据应用特性选择合适的收集器和内存分配策略。” --- ### **高频追应对** #### **1**:CMS和G1的区别? - **CMS**:老年代收集器,标记-清除算法,追求最短回收停顿,但存在内存碎片。 - **G1**:面向全堆,分Region设计,通过标记-整理算法避免碎片,可预测停顿时间。 #### **题2**:如何避免Full GC? 1. 合理设置年轻代大小,避免过早晋升对象到老年代 2. 使用`-XX:+DisableExplicitGC`禁止`System.gc()`触发Full GC 3. 元空间设置足够大小(`-XX:MetaspaceSize`) 4. 老年代使用并发收集器(如CMS、G1)减少停顿 #### **题3**:什么是STW?如何减少影响? - **STW**:垃圾回收时暂停所有应用线程。 - **优化**:选用并发收集器(如CMS、G1、ZGC),减少单次停顿时间。
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