G1 GC是Jdk7的新特性之一、Jdk7+版本都可以自主配置G1作為JVM GC選項(xiàng)；作為JVM GC算法的一次重大升級(jí)、DK7u后G1已相對(duì)穩(wěn)定、且未來(lái)計(jì)劃替代CMS、所以有必要深入了解下：

不同于其他的分代回收算法、G1將堆空間劃分成了互相獨(dú)立的區(qū)塊。每塊區(qū)域既有可能屬于O區(qū)、也有可能是Y區(qū)，且每類區(qū)域空間可以是不連續(xù)的（對(duì)比CMS的O區(qū)和Y區(qū)都必須是連續(xù)的）。這種將O區(qū)劃分成多塊的理念源于：當(dāng)并發(fā)后臺(tái)線程尋找可回收的對(duì)象時(shí)、有些區(qū)塊包含可回收的對(duì)象要比其他區(qū)塊多很多。雖然在清理這些區(qū)塊時(shí)G1仍然需要暫停應(yīng)用線程、但可以用相對(duì)較少的時(shí)間優(yōu)先回收包含垃圾最多區(qū)塊。這也是為什么G1命名為Garbage First的原因：第一時(shí)間處理垃圾最多的區(qū)塊。

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平時(shí)工作中大多數(shù)系統(tǒng)都使用CMS、即使靜默升級(jí)到JDK7默認(rèn)仍然采用CMS、那么G1相對(duì)于CMS的區(qū)別在：

G1在壓縮空間方面有優(yōu)勢(shì)

G1通過(guò)將內(nèi)存空間分成區(qū)域（Region）的方式避免內(nèi)存碎片問(wèn)題

Eden, Survivor, Old區(qū)不再固定、在內(nèi)存使用效率上來(lái)說(shuō)更靈活

G1可以通過(guò)設(shè)置預(yù)期停頓時(shí)間（Pause Time）來(lái)控制垃圾收集時(shí)間避免應(yīng)用雪崩現(xiàn)象

G1在回收內(nèi)存后會(huì)馬上同時(shí)做合并空閑內(nèi)存的工作、而CMS默認(rèn)是在STW（stop the world）的時(shí)候做

G1會(huì)在Young GC中使用、而CMS只能在O區(qū)使用

就目前而言、CMS還是默認(rèn)首選的GC策略、可能在以下場(chǎng)景下G1更適合：

服務(wù)端多核CPU、JVM內(nèi)存占用較大的應(yīng)用（至少大于4G）

應(yīng)用在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存碎片、需要經(jīng)常壓縮空間

想要更可控、可預(yù)期的GC停頓周期；防止高并發(fā)下應(yīng)用雪崩現(xiàn)象

一次完整G1GC的詳細(xì)過(guò)程：

G1在運(yùn)行過(guò)程中主要包含如下4種操作方式：

YGC（不同于CMS）

并發(fā)階段

混合模式

full GC （一般是G1出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)發(fā)生）

YGC：

下面是一次YGC前后內(nèi)存區(qū)域是示意圖：

圖中每個(gè)小區(qū)塊都代表G1的一個(gè)區(qū)域（Region），區(qū)塊里面的字母代表不同的分代內(nèi)存空間類型（如[E]Eden,[O]Old,[S]Survivor）空白的區(qū)塊不屬于任何一個(gè)分區(qū)；G1可以在需要的時(shí)候任意指定這個(gè)區(qū)域?qū)儆贓den或是O區(qū)之類的。
G1 YoungGC在Eden充滿時(shí)觸發(fā)，在回收之后所有之前屬于Eden的區(qū)塊全變成空白。然后至少有一個(gè)區(qū)塊是屬于S區(qū)的（如圖半滿的那個(gè)區(qū)域），同時(shí)可能有一些數(shù)據(jù)移到了O區(qū)。

目前淘系的應(yīng)用大都使用PrintGCDetails參數(shù)打出GC日志、這個(gè)參數(shù)對(duì)G1同樣有效、但日志內(nèi)容頗為不同；下面是一個(gè)Young GC的例子：

23.430: [GC pause (young), 0.23094400 secs]
...
[Eden: 1286M(1286M)->0B(1212M)
Survivors: 78M->152M Heap: 1454M(4096M)->242M(4096M)]
[Times: user=0.85 sys=0.05, real=0.23 secs]

上面日志的內(nèi)容解析：Young GC實(shí)際占用230毫秒、其中GC線程占用850毫秒的CPU時(shí)間
E：內(nèi)存占用從1286MB變成0、都被移出
S：從78M增長(zhǎng)到了152M、說(shuō)明從Eden移過(guò)來(lái)74M
Heap:占用從1454變成242M、說(shuō)明這次Young GC一共釋放了1212M內(nèi)存空間
很多情況下，S區(qū)的對(duì)象會(huì)有部分晉升到Old區(qū)，另外如果S區(qū)已滿、Eden存活的對(duì)象會(huì)直接晉升到Old區(qū)，這種情況下Old的空間就會(huì)漲

并發(fā)階段：

一個(gè)并發(fā)G1回收周期前后內(nèi)存占用情況如下圖所示：

從上面的圖表可以看出以下幾點(diǎn)：
1、Young區(qū)發(fā)生了變化、這意味著在G1并發(fā)階段內(nèi)至少發(fā)生了一次YGC（這點(diǎn)和CMS就有區(qū)別），Eden在標(biāo)記之前已經(jīng)被完全清空，因?yàn)樵诓l(fā)階段應(yīng)用線程同時(shí)在工作、所以可以看到Eden又有新的占用
2、一些區(qū)域被X標(biāo)記，這些區(qū)域?qū)儆贠區(qū)，此時(shí)仍然有數(shù)據(jù)存放、不同之處在G1已標(biāo)記出這些區(qū)域包含的垃圾最多、也就是回收收益最高的區(qū)域
3、在并發(fā)階段完成之后實(shí)際上O區(qū)的容量變得更大了（O+X的方塊）。這時(shí)因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程中發(fā)生了YGC有新的對(duì)象進(jìn)入所致。此外，這個(gè)階段在O區(qū)沒(méi)有回收任何對(duì)象：它的作用主要是標(biāo)記出垃圾最多的區(qū)塊出來(lái)。對(duì)象實(shí)際上是在后面的階段真正開(kāi)始被回收

G1并發(fā)標(biāo)記周期可以分成幾個(gè)階段、其中有些需要暫停應(yīng)用線程。第一個(gè)階段是初始標(biāo)記階段。這個(gè)階段會(huì)暫停所有應(yīng)用線程-部分原因是這個(gè)過(guò)程會(huì)執(zhí)行一次YGC、下面是一個(gè)日志示例：

50.541: [GC pause (young) (initial-mark), 0.27767100 secs]
[Eden: 1220M(1220M)->0B(1220M)
Survivors: 144M->144M Heap: 3242M(4096M)->2093M(4096M)]
[Times: user=1.02 sys=0.04, real=0.28 secs]

上面的日志表明發(fā)生了YGC、應(yīng)用線程為此暫停了280毫秒，Eden區(qū)被清空（71MB從Young區(qū)移到了O區(qū)）。
日志里面initial-mark的字樣表明后臺(tái)的并發(fā)GC階段開(kāi)始了。因?yàn)槌跏紭?biāo)記階段本身也是要暫停應(yīng)用線程的，
G1正好在YGC的過(guò)程中把這個(gè)事情也一起干了。為此帶來(lái)的額外開(kāi)銷(xiāo)不是很大、增加了20%的CPU，暫停時(shí)間相應(yīng)的略微變長(zhǎng)了些。

接下來(lái)，G1開(kāi)始掃描根區(qū)域、日志示例：

50.819: [GC concurrent-root-region-scan-start]
51.408: [GC concurrent-root-region-scan-end, 0.5890230]

一共花了580毫秒，這個(gè)過(guò)程沒(méi)有暫停應(yīng)用線程；是后臺(tái)線程并行處理的。這個(gè)階段不能被YGC所打斷、因此后臺(tái)線程有足夠的CPU時(shí)間很關(guān)鍵。如果Young區(qū)空間恰好在Root掃描的時(shí)候
滿了、YGC必須等待root掃描之后才能進(jìn)行。帶來(lái)的影響是YGC暫停時(shí)間會(huì)相應(yīng)的增加。這時(shí)的GC日志是這樣的：

350.994: [GC pause (young)
351.093: [GC concurrent-root-region-scan-end, 0.6100090]
351.093: [GC concurrent-mark-start],0.37559600 secs]

GC暫停這里可以看出在root掃描結(jié)束之前就發(fā)生了，表明YGC發(fā)生了等待，等待時(shí)間大概是100毫秒。
在root掃描完成后，G1進(jìn)入了一個(gè)并發(fā)標(biāo)記階段。這個(gè)階段也是完全后臺(tái)進(jìn)行的；GC日志里面下面的信息代表這個(gè)階段的開(kāi)始和結(jié)束：

111.382: [GC concurrent-mark-start]
....
120.905: [GC concurrent-mark-end, 9.5225160 sec]

并發(fā)標(biāo)記階段是可以被打斷的，比如這個(gè)過(guò)程中發(fā)生了YGC就會(huì)。這個(gè)階段之后會(huì)有一個(gè)二次標(biāo)記階段和清理階段：

120.910: [GC remark 120.959:
[GC ref-PRC, 0.0000890 secs], 0.0718990 secs]
[Times: user=0.23 sys=0.01, real=0.08 secs]
120.985: [GC cleanup 3510M->3434M(4096M), 0.0111040 secs]
[Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.01 secs]

這兩個(gè)階段同樣會(huì)暫停應(yīng)用線程，但時(shí)間很短。接下來(lái)還有額外的一次并發(fā)清理階段：

120.996: [GC concurrent-cleanup-start]
120.996: [GC concurrent-cleanup-end, 0.0004520]

到此為止，正常的一個(gè)G1周期已完成–這個(gè)周期主要做的是發(fā)現(xiàn)哪些區(qū)域包含可回收的垃圾最多（標(biāo)記為X），實(shí)際空間釋放較少。

混合GC：

接下來(lái)G1執(zhí)行一系列的混合GC。這個(gè)時(shí)期因?yàn)闀?huì)同時(shí)進(jìn)行YGC和清理上面已標(biāo)記為X的區(qū)域，所以稱之為混合階段，下面是一個(gè)混合GC執(zhí)行的前后示意圖：

像普通的YGC那樣、G1完全清空掉Eden同時(shí)調(diào)整survivor區(qū)。另外，兩個(gè)標(biāo)記也被回收了，他們有個(gè)共同的特點(diǎn)是包含最多可回收的對(duì)象，因此這兩個(gè)區(qū)域絕對(duì)部分空間都被釋放了。這兩個(gè)區(qū)域任何存活的對(duì)象都被移到了其他區(qū)域（和YGC存活對(duì)象晉升到O區(qū)類似）。這就是為什么G1的堆比CMS內(nèi)存碎片要少很多的原因–移動(dòng)這些對(duì)象的同時(shí)也就是在壓縮對(duì)內(nèi)存。下面是一個(gè)混合GC的日志：

79.826: [GC pause (mixed), 0.26161600 secs]
....
[Eden: 1222M(1222M)->0B(1220M)
Survivors: 142M->144M Heap: 3200M(4096M)->1964M(4096M)]
[Times: user=1.01 sys=0.00, real=0.26 secs]

上面的日志可以注意到Eden釋放了1222MB、但整個(gè)堆的空間釋放內(nèi)存要大于這個(gè)數(shù)目。數(shù)量相差看起來(lái)比較少、只有16MB，但是要考慮同時(shí)有survivor區(qū)的對(duì)象晉升到O區(qū)；另外，每次混合GC只是清理一部分的O區(qū)內(nèi)存，整個(gè)GC會(huì)一直持續(xù)到幾乎所有的標(biāo)記區(qū)域垃圾對(duì)象都被回收，這個(gè)階段完了之后G1會(huì)重新回到正常的YGC階段。周期性的，當(dāng)O區(qū)內(nèi)存占用達(dá)到一定數(shù)量之后G1又會(huì)開(kāi)啟一次新的并行GC階段.

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[转]深入理解G1垃圾收集器的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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