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G1 垃圾回收器

发布时间 2023-12-08 11:12:16作者: 安浩阳

G1 垃圾回收器

G1（Garbage First）是Java虚拟机（JVM）中的一种垃圾回收器，它在JDK 7中首次引入，并在JDK 9中成为默认的垃圾回收器。G1垃圾回收器旨在提供更可控、可预测的垃圾回收性能，特别适用于大堆（大于6GB）和具有低延迟需求的应用程序。

原理：

G1垃圾回收器采用了一种称为"分区回收"的机制。它将整个堆空间划分为多个区域，每个区域可以是一个Eden区、Survivor区、Old区等。G1的回收过程主要包括以下几个步骤：

  1. 初始标记（Initial Marking）： 它标记出GC Roots能直接关联到的对象，速度较快，暂停时间短。
  2. 并发标记（Concurrent Marking）： G1在一个或多个CPU线程上进行，并发标记操作，标记所有存活的对象。这个阶段可以和应用程序的执行并发进行。
  3. 最终标记（Final Marking）： 在并发标记的同时，应用程序继续执行。在并发标记结束时，G1会做一次短暂的停顿，完成标记过程。
  4. 筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）： G1根据每个分区中存活对象的数量，优先选择存活对象较少的分区进行回收。回收的时候，会尽量将存活对象移到其他空闲分区。

执行过程

  1. 初始标记（Initial Marking）：

    • 触发条件： 触发条件是当Eden区和Survivor区的空间被耗尽时，G1触发一次初始标记。
    • 停顿时间： 这个阶段会有短暂的停顿，但停顿时间相对较短。
    • 执行过程： G1会标记GC Roots能直接关联到的对象，包括类变量、线程栈中的对象引用等。这个阶段的目的是标记出一部分的存活对象。

  2. 并发标记（Concurrent Marking）：

    • 触发条件： 在初始标记完成后，G1开始并发标记阶段，允许应用程序继续执行。
    • 停顿时间： 这个阶段是并发执行的，与应用程序执行并行。并发标记会在后台线程中标记所有存活对象，但应用程序可以继续运行。
    • 执行过程： G1并发地标记存活对象，通过追踪对象引用关系。新创建的对象也会被标记。

  3. 最终标记（Final Marking）：

    • 触发条件： 当并发标记完成后，G1会执行最终标记阶段，暂停应用程序，完成标记过程。
    • 停顿时间： 在这个阶段会有一次短暂的停顿，但相对于传统的Full GC而言，停顿时间较短。
    • 执行过程： G1会处理在并发标记期间发生的引用关系变化，确保标记的准确性。这个阶段标记的对象非常准确，是下一步回收阶段的依据。

  4. 筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）：

    • 触发条件： 在最终标记完成后，G1开始回收阶段，根据分区的回收价值选择合适的分区进行回收。
    • 停顿时间： 这个阶段也是并发执行的，但在适当时机可能会选择一些分区进行短暂的回收停顿。
    • 执行过程： G1根据每个分区中存活对象的数量和回收价值，选择最具有回收价值的分区进行回收。回收过程中，存活对象会被复制到空闲的区域，同时整理内存。

通过这样的过程，G1垃圾回收器能够在整个堆空间中高效地回收垃圾，同时尽量保持较短的停顿时间，使得应用程序在垃圾回收过程中能够继续执行。这种方式相对于传统的垃圾回收器，在大堆场景下具有更好的性能表现。

优缺点：

优点：

  1. 可预测的停顿时间： G1的设计目标之一是提供可预测的停顿时间，尽量避免长时间的垃圾回收停顿。
  2. 分区回收： 通过将堆空间划分为多个区域，G1可以更灵活地管理内存，有助于避免Full GC的发生。
  3. 高吞吐量： 在大堆场景下，G1通常能够提供较高的吞吐量。

缺点：

  1. 相对复杂： G1的实现相对较复杂，可能需要更多的调优和配置。
  2. 不适用于所有场景： 尽管G1在大堆和低延迟需求的应用中表现良好，但并不是适用于所有场景，一些特定的工作负载可能不太适合G1。

可微调参数：

  1. -XX:MaxGCPauseMillis： 设置期望的最大垃圾回收停顿时间。
  2. -XX:G1HeapRegionSize： 设置每个分区的大小。
  3. -XX:ParallelGCThreads： 设置用于并行回收的线程数。
  4. -XX:ConcGCThreads： 设置用于并发标记的线程数。
  5. -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent： 设置触发并发标记周期的堆占用率。

如何调优：

  1. 设定合适的堆大小： G1通常适用于大堆场景，需要根据应用的内存需求来调整堆大小。
  2. 设定合适的最大停顿时间： 通过调整-XX:MaxGCPauseMillis​参数，设置期望的最大垃圾回收停顿时间。
  3. 监控和分析GC日志： 使用GC日志分析工具，如G1日志分析工具，来监控GC行为，找出可能的性能瓶颈。
  4. 根据应用特性调整参数： 不同的应用可能需要不同的调优参数，根据具体的应用特性进行调整。
  5. 关注内存分配情况： 如果发现频繁的分配和回收，可能需要调整堆大小或者优化代码。

总体而言，调优G1垃圾回收器需要综合考虑应用的内存需求、停顿时间要求以及硬件环境等因素，通过不断的监控和分析来优化参数配置。

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