JVM G1

JVM垃圾收集器发展历程

• 第一阶段，Serial（串行）收集器

  在jdk1.3.1之前，java虚拟机仅仅能使用Serial收集器。 Serial收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不仅仅是说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。

• 第二阶段，Parallel（并行）收集器

  Parallel收集器也称吞吐量收集器，相比Serial收集器，Parallel最主要的优势在于使用多线程去完成垃圾清理工作，这样可以充分利用多核的特性，大幅降低gc时间。

• 第三阶段，CMS（并发）收集器

  CMS收集器在Minor GC时会暂停所有的应用线程，并以多线程的方式进行垃圾回收。在Full GC时不再暂停应用线程，而是使用若干个后台线程定期的对老年代空间进行扫描，及时回收其中不再使用的对象。

• 第四阶段，G1（并发）收集器

  G1收集器（或者垃圾优先收集器）的设计初衷是为了尽量缩短处理超大堆（大于4GB）时产生的停顿。相对于CMS的优势而言是内存碎片的产生率大大降低。

JVM垃圾收集器种类

• 1.新生代

  Serial (第一代)
  PraNew (第二代)
  Parallel Scavenge (第三代)
  G1收集器(第四代)

• 2.老年代

  Serial Old (第一代)
  Parallel Old (第二代)
  CMS (第三代)
  G1收集器 (第四代)

G1收集器概述

• 1.G1收集器的最大特点：
  G1收集器最大的特点是引入了分区的思路，弱化了分代的概念。
  合理利用垃圾收集各个周期的资源，解决了其他收集器甚至CMS的众多缺陷。

• 2.G1相比较CMS的改进
  算法：G1基于标记-整理算法，不会产生空间碎片，分配大对象时不会无法得到连续的空间而提前触发一次FULL GC。
  停顿时间可控：G1可以通过设置预期停顿时间（Pause Time）来控制垃圾收集时间避免应应用雪崩现象。
  并行与并发：G1能更充分的利用CPU，多核环境下的硬件优势来缩短stop the world的停顿时间。

• 3.CMS和G1的区别
  CMS中，堆被分为PermGen，YoungGen，OldGen；而YoungGen又分了两个survivo区域。在G1中，堆被平均分成几个区域（region），在每个区域中，虽然也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在回收内存后会马上同时做合并空闲内存的工作、而CMS默认是在STW（stop the world）的时候做。
  G1会在Young GC中使用、而CMS只能在O区使用。

G1收集器的应用场景

1.8之前，JVM分为新生代、老年代、持久代。1.8之后，元空间取代了持久代。

• G1收集器的内存模型
  

• G1堆内存结构
  堆内存会被切分成为很多固定大小的区域（region），每个是连续范围的虚拟内存。
  堆内存中一个区域（region）的大小可以通过-XX:G1HeapRegionSize参数指定，大小区间最小1M,最大32M，总之是2的幂次方。
  默认把堆内存分为2048份。

• G1堆内存分配
  每个Region被标记了E,S,O,H，这些区域在逻辑上被映射为Eden，Survivor和老年代。
  存活的对象从一个区域转移（即复制或移动）到另一个区域。区域被设计为并行收集垃圾，可能会暂停所有应用线程。
  如上图所示，区域可以分配到Eden，survivor和老年代。此外，还有第四种类型，被称为巨型区域（Humongous Region）。Humongous区域是为了那些存储超过50%标准region大小的对象而设计的，它用来专门存放巨型对象。如果一个H区装不下一个巨型对象，那么G1会寻找连续的H分区来存储。为了能找到连续的H区，有时候不得不启用Full GC。

G1回收流程

• G1收集器的阶段分以下几个步骤
  
  1）G1执行的第一阶段：初始标记（Initial Marking）
  这个阶段是STW(stop the world)的，所有应用线程会被暂停，标记出从GC Root开始直接可达的对象。
  2）G1执行的第二个阶段：并发标记
  从GC Roots开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活对象，耗时较长。当并发标记完成后，开始最终标记（Final Marking）阶段
  3）最终标记（标记那些在并发标记阶段发生变化的对象，将被回收）
  4）筛选回收（首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期待的GC停顿时间指定回收计划，回收一部分Region）
  最后，G1中提供了两种模式垃圾回收模式，Young GC和Mixed GC，两种都是Stop The World（STW）的。

G1的GC模式

• Young GC年轻代收集
  在分配一般对象（非巨型对象)时，当所有eden region 使用达到最大阈值并且无法申请足够内存时，会触发一次YoungGC。每次younggc会回收所有Eden以及Survivor区，并且将存活对象复制到Old区以及另一部分的Survivor区。

  Young GC的回收过程如下：
  跟扫描，跟CMS类似，Stop the world，扫描GC Roots对象。
  处理Dirty card,更新RSet.
  扫描RSet,扫描RSet中所有old区对扫描到的young区或者survivor去的引用。
  拷贝扫描出的存活的对象到survivor2/old区
  处理引用队列，软引用，弱引用，虚引用

  Mixed GC
  当越来越多的对象晋升到老年代old region时，为了避免内存被耗尽，虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器，即mixed gc，该算法并不适宜个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，可以选择那些old region进行收集，从而可以对了垃圾回收的耗时时间进行控制。
  G1没有full GC的概念，需要full GC时，调用serialOldGC进行全堆扫描（包括eden、survivor、o、perm）。

G1的推荐应用

• G1的第一个重要特点是为用户的应用程序的提供一个低GC延时和大内存GC的解决方案。这意味着堆大小6GB或者更大，稳定和可预测的暂停时间将低于0.5秒。
• 如果应用程序使用CMS或ParallelOld垃圾回收器具有一个或多个一下特征，将有利于切换到G1:
  Full GC持续时间太长或太频繁
  对象分配率或年轻代升级老年代很频繁
  不期望的很长的垃圾收集时间或压缩暂停（超过0.5至1秒）

注意：如果你正在使用CMS或ParallelOld收集器,并且你的应用程序没有遇到长时间的垃圾收集暂停，则保持与您的当前收集器是很好的，升级JDK并不必要更新收集器为G1。