JVM虚拟机——G1垃圾收集器分区Region

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本文介绍了G1垃圾回收器的基本概念，包括其如何划分Java堆空间为多个大小相等的独立区域（Region）。探讨了不同类型的堆分区及其管理策略，并详细解释了Region大小的计算方法。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

G1之前的垃圾收集器都会将堆分成三个部分，新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）和永久代（Permanent Generation），根据不同的分区类型，采用不同的策略进行回收。

G1仍然保留新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是固定的了，它们都是一系列区域（不需要连续）的动态集合。G1把连续的Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），每一个Region都可以作为新生代的Eden空间、Survivor空间，或者老年代空间。G1堆和操作系统交互的最小管理单位称为分区（Heap Region，HR）或称堆分区。

G1的分区类型（HeapRegionType）大致可以分为四类：

自由分区（Free Heap Region，FHR）
新生代分区（Young Heap Region，YHR）
大对象分区（Humongous Heap Region，HHR）
老生代分区（Old Heap Region，OHR）

其中新生代分区又可以分为Eden和Survivor；大对象分区又可以分为：大对象头分区和大对象连续分区。

Humongous Heap Region专门用来存储大对象，只要大小超过了一个Region容量一半的对象即可判定为大对象。Region的大小可以通过参数-XX:G1HeapRegionSize设定，取值范围为1MB～32MB，且应为2的N次幂，默认值为0。

超过了整个Region容量的超级大对象，将会被存放在N个连续的Humongous Region之中，G1的大多数行为都把Humongous Region作为老年代的一部分来进行看待。

在G1中每个分区的大小都是相同的，HR的大小直接影响分配和垃圾回收效率。如果过大，一个HR可以存放多个对象，分配效率高，但是回收的时候花费时间过长；如果太小则导致分配效率低下。为了达到分配效率和清理效率的平衡，HR有一个上限值和下限值，目前上限是32MB，下限是1MB（HR的大小只能为1MB、2MB、4MB、8MB、16MB和32MB），默认情况下，整个堆空间分为2048个HR（该值可以自动根据最小的堆分区大小计算得出）。

HR大小可由以下方式确定：

1、可以通过参数G1HeapRegionSize来指定大小，这个参数的默认值为0。

[root@jeespring ~]# java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep G1HeapRegionSize
   size_t G1HeapRegionSize          = 0             {product} {default}
java version "11.0.8" 2020-07-14 LTS
Java(TM) SE Runtime Environment 18.9 (build 11.0.8+10-LTS)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 18.9 (build 11.0.8+10-LTS, mixed mode)

2、启发式推断，即在不指定HR大小的时候，由G1启发式地推断HR大小。

HR启发式推断根据堆空间的最大值和最小值以及HR个数进行推断，设置InitialHeapSize（默认为0）等价于设置Xms，设置MaxHeapSize（默认为96MB）等价于设置Xmx。

[root@jeespring ~]# java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:G1ConcRefinementThreads=4 -XX:GCDrainStackTargetSize=64 -XX:InitialHeapSize=132500800 
-XX:MaxHeapSize=2120012800 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:ReservedCodeCacheSize=251658240 
-XX:+SegmentedCodeCache -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops 
-XX:+UseG1GC -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation
java version "11.0.8" 2020-07-14 LTS
Java(TM) SE Runtime Environment 18.9 (build 11.0.8+10-LTS)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 18.9 (build 11.0.8+10-LTS, mixed mode)

堆分区默认大小的计算方式在HeapRegion.cpp中的setup_heap_region_size()，代码如下所示：

默认region_size 为 1M，最大为32M，HR个数为2048个

openjdk-jdk11u/src/hotspot/share/gc/g1/heapRegionBounds.hpp

openjdk-jdk11u/src/hotspot/share/gc/g1/HeapRegion.cpp

按照默认值计算，G1可以管理的最大内存为2048×32MB=64GB。假设设置xms=32G，xmx=128G，则每个堆分区的大小为32M，分区个数动态变化范围从1024到4096个。

region_size计算过程

  size_t region_size = G1HeapRegionSize;
  if (FLAG_IS_DEFAULT(G1HeapRegionSize)) {
    size_t average_heap_size = (initial_heap_size + max_heap_size) / 2;
    region_size = MAX2(average_heap_size / HeapRegionBounds::target_number(),
                       HeapRegionBounds::min_size());
  }
  int region_size_log = log2_long((jlong) region_size);
  region_size = ((size_t)1 << region_size_log);
  if (region_size < HeapRegionBounds::min_size()) {
    region_size = HeapRegionBounds::min_size();
  } else if (region_size > HeapRegionBounds::max_size()) {
    region_size = HeapRegionBounds::max_size();
  }