一起來學習下，G1垃圾回收算法

為解決CMS算法產生空間碎片和其它一系列的問題缺陷，HotSpot提供了另外一種垃圾回收策略，G1（Garbage First）算法，通過參數 -XX:+UseG1GC來啟用，該算法在JDK 7u4版本被正式推出，官網對此描述如下：

The Garbage-First (G1) collector is a server-style garbage collector, targeted for multi-processor machines with large memories. It meets garbage collection (GC) pause time goals with a high probability, while achieving high throughput. The G1 garbage collector is fully supported in Oracle JDK 7 update 4 and later releases. The G1 collector is designed for applications that:

• Can operate concurrently with applications threads like the CMS collector.
• Compact free space without lengthy GC induced pause times.
• Need more predictable GC pause durations.
• Do not want to sacrifice a lot of throughput performance.
• Do not require a much larger Java heap.

G1垃圾收集算法主要應用在多CPU大內存的服務中，在滿足高吞吐量的同時，竟可能的滿足垃圾回收時的暫停時間，該設計主要針對如下應用場景：

• 垃圾收集線程和應用線程併發執行，和CMS一樣
• 空閒內存壓縮時避免冗長的暫停時間
• 應用需要更多可預測的GC暫停時間
• 不希望犧牲太多的吞吐性能
• 不需要很大的Java堆 （翻譯的有點虛，多大才算大？）

堆內存結構

1、以往的垃圾回收算法，如CMS，使用的堆內存結構如下：

• 新生代：eden space + 2個survivor
• 老年代：old space
• 持久代：1.8之前的perm space
• 元空間：1.8之後的metaspace

這些space必須是地址連續的空間。

2、在G1算法中，採用了另外一種完全不同的方式組織堆內存，堆內存被劃分為多個大小相等的內存塊（Region），每個Region是邏輯連續的一段內存，結構如下

每個Region被標記了E、S、O和H，說明每個Region在運行時都充當了一種角色，其中H是以往算法中沒有的，它代表Humongous，這表示這些Region存儲的是巨型對象（humongous object，H-obj），當新建對象大小超過Region大小一半時，直接在新的一個或多個連續Region中分配，並標記為H。

Region

堆內存中一個Region的大小可以通過 -XX:G1HeapRegionSize參數指定，大小區間只能是1M、2M、4M、8M、16M和32M，總之是2的冪次方，如果G1HeapRegionSize為默認值，則在堆初始化時計算Region的實踐大小，具體實現如下：

默認把堆內存按照2048份均分，最後得到一個合理的大小。

GC模式

G1中提供了三種模式垃圾回收模式，young gc、mixed gc 和 full gc，在不同的條件下被觸發。

young gc

發生在年輕代的GC算法，一般對象（除了巨型對象）都是在eden region中分配內存，當所有eden region被耗盡無法申請內存時，就會觸發一次young gc，這種觸發機制和之前的young gc差不多，執行完一次young gc，活躍對象會被拷貝到survivor region或者晉升到old region中，空閒的region會被放入空閒列表中，等待下次被使用。

| 參數 | 含義 |

| :-: | --- |

| -XX:MaxGCPauseMillis | 設置G1收集過程目標時間，默認值200ms |

| -XX:G1NewSizePercent | 新生代最小值，默認值5% |

| -XX:G1MaxNewSizePercent | 新生代最大值，默認值60% |

mixed gc

當越來越多的對象晉升到老年代old region時，為了避免堆內存被耗盡，虛擬機會觸發一個混合的垃圾收集器，即mixed gc，該算法並不是一個old gc，除了回收整個young region，還會回收一部分的old region，這裡需要注意：是一部分老年代，而不是全部老年代，可以選擇哪些old region進行收集，從而可以對垃圾回收的耗時時間進行控制。

那麼mixed gc什麼時候被觸發？

先回顧一下cms的觸發機制，如果添加了以下參數：

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80
 
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

當老年代的使用率達到80%時，就會觸發一次cms gc。

當老年代的使用率達到80%時，就會觸發一次cms gc。

相對的，mixed gc中也有一個閾值參數 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent，當老年代大小佔整個堆大小百分比達到該閾值時，會觸發一次mixed gc.

mixed gc的執行過程有點類似cms，主要分為以下幾個步驟：

1. initial mark: 初始標記過程，整個過程STW，標記了從GC Root可達的對象
2. concurrent marking: 併發標記過程，整個過程gc collector線程與應用線程可以並行執行，標記出GC Root可達對象衍生出去的存活對象，並收集各個Region的存活對象信息
3. remark: 最終標記過程，整個過程STW，標記出那些在併發標記過程中遺漏的，或者內部引用發生變化的對象
4. clean up: 垃圾清除過程，如果發現一個Region中沒有存活對象，則把該Region加入到空閒列表中

full gc

如果對象內存分配速度過快，mixed gc來不及回收，導致老年代被填滿，就會觸發一次full gc，G1的full gc算法就是單線程執行的serial old gc，會導致異常長時間的暫停時間，需要進行不斷的調優，儘可能的避免full gc.