G1垃圾回收器介绍

• G1垃圾回收器简介

1. 全称：Garbage-First Garbage Collector。
2. 目的：G1垃圾回收器是为了替代CMS垃圾回收器而设计的，它旨在提供更好的垃圾回收性能和可预测性，特别是在处理大内存堆时。
3. 特点：G1是一种服务器端的垃圾回收器，适用于多处理器、大内存的机器。它通过分区和优先回收垃圾最多的区域（Garbage-First）来优化垃圾回收过程。

• G1垃圾回收器的核心机制
• 分区（Region）

   概念：G1将整个Java堆内存划分为多个大小相等的区域（Region），每个区域的大小可以在1MB到32MB之间，具体大小由JVM根据堆内存的大小动态决定。
   作用：分区的主要目的是为了更好地控制垃圾回收的范围和频率。与传统的垃圾回收器（如CMS）不同，G1不是对整个堆进行垃圾回收，而是对这些分区进行回收。这样可以更灵活地管理内存，减少垃圾回收的停顿时间。
   示例：如果Java堆内存是4GB，G1可能会将其划分为2048个2MB的区域。在垃圾回收时，可以选择只回收那些垃圾最多的区域，而不是整个堆。

• 停顿时间预测模型

   概念：G1垃圾回收器允许用户指定一个期望的最大停顿时间（如200ms），它会根据这个时间来规划垃圾回收的范围和频率。
   工作原理：G1会记录每个区域的垃圾回收成本（如回收该区域所需的时间），并根据用户指定的停顿时间，选择在停顿时间内可以完成回收的区域。这样可以尽量保证垃圾回收的停顿时间在用户可接受的范围内。
   优势：这种机制使得G1能够更好地适应不同的应用场景，特别是在对停顿时间要求较高的场景下（如在线游戏服务器、金融交易系统等）。

• 标记-整理（Mark-Compact）

   概念：G1采用标记-整理算法来回收垃圾对象。在垃圾回收过程中，它会先标记出所有存活的对象，然后将这些存活对象移动到堆内存的一端，释放出连续的内存空间。
   作用：与传统的标记-清除算法（如CMS）不同，标记-整理算法可以避免内存碎片化的问题。因为标记-整理算法会将存活对象集中到一起，释放出连续的内存空间，这样可以提高内存的利用率。
   示例：假设一个区域中有多个存活对象和垃圾对象，标记-整理算法会将存活对象移动到区域的一端，垃圾对象所在的内存空间会被释放，从而形成一个连续的空闲内存区域。

• G1垃圾回收器的垃圾回收过程
• 初始标记（Initial Marking）

   过程：这个阶段会标记出直接可达的对象（如GC Roots直接引用的对象）。这个阶段需要暂停所有用户线程（STW，Stop The World），但由于只是标记直接可达的对象，所以停顿时间很短。
   作用：为后续的标记阶段提供基础。

• 并发标记（Concurrent Marking）

   过程：这个阶段会从GC Roots开始，遍历整个对象图，标记出所有存活的对象。这个过程是并发进行的，不会暂停用户线程。
   作用：确定哪些对象是存活的，哪些是垃圾对象。

• 最终标记（Final Marking）

   过程：这个阶段会处理并发标记阶段遗留的一些问题，如处理并发标记过程中可能遗漏的对象。这个阶段也需要暂停用户线程，但停顿时间相对较短。
   作用：确保标记阶段的完整性。

• 筛选回收（Evacuation）

   过程：这个阶段会根据停顿时间预测模型，选择垃圾最多的区域进行回收。回收时，会将存活对象复制到其他区域，并释放被回收区域的内存空间。
   作用：回收垃圾对象，释放内存空间，减少停顿时间。

• G1垃圾回收器的优缺点
• 优点

1.    停顿时间可预测：通过停顿时间预测模型，可以更好地控制垃圾回收的停顿时间，适合对停顿时间要求较高的应用场景。
2. 减少内存碎片化：采用标记-整理算法，避免了内存碎片化的问题，提高了内存的利用率。
3. 灵活的分区管理：通过分区机制，可以更灵活地管理内存，优化垃圾回收的范围和频率。

• 缺点

1. 复杂性较高：G1的实现机制较为复杂，需要更多的JVM参数来调整和优化。
2. 对新生代垃圾回收的影响：在某些情况下，G1可能会对新生代垃圾回收的性能产生一定的影响，因为它的主要优化目标是整个堆内存的垃圾回收。

• G1垃圾回收器的使用场景

1. 大内存堆：适用于Java堆内存较大的场景（如4GB以上），因为分区机制可以更好地管理大内存。
2. 对停顿时间要求较高：适合对垃圾回收停顿时间要求较高的应用场景，如在线游戏服务器、金融交易系统等。
3. 内存碎片化问题严重：如果应用程序经常出现内存碎片化问题，G1的标记-整理算法可以有效解决这个问题。

• G1垃圾回收器的调优参数
• 设置最大停顿时间

   -XX:MaxGCPauseMillis=200
   
   这个参数用于设置期望的最大垃圾回收停顿时间（单位为毫秒）。G1会根据这个时间来规划垃圾回收的范围和频率。

• 设置堆内存分区大小

   -XX:G1HeapRegionSize=4M
   
   这个参数用于设置每个分区的大小（单位为MB）。合理的分区大小可以提高垃圾回收的效率。

• 设置并发标记线程数

   -XX:ConcGCThreads=4
   这个参数用于设置并发标记阶段使用的线程数。根据服务器的CPU核心数进行调整，可以提高并发标记的效率。

• 触发初始标记的堆内存占用百分比

   -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
   这个参数用于设置触发初始标记的堆内存占用百分比。当堆内存占用达到这个百分比时，G1会开始初始标记阶段。

• 总结

        G1垃圾回收器是一种高性能、可预测的垃圾回收器，特别适合处理大内存堆和对停顿时间要求较高的应用场景。通过分区机制、停顿时间预测模型和标记-整理算法，G1能够有效地减少垃圾回收的停顿时间，提高内存的利用率。在实际使用中，可以通过合理的参数调优来进一步优化G1的性能。