你必须明白的新生代垃圾回收：YoungGC

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Young GC

前文提到，Young GC（以下简称 YGC）是指新生代垃圾回收，下面将详细讨论 G1 的 YGC 过程。

选择 CSet

YGC 的回收过程位于 G1CollectedHeap::do_collection_pause_at_safepoint()，在进行垃圾回收前它会创建一个清理集 CSet（Collection Set），存放需要被清理的 Region。选择合适的 Region 放入 CSet 是为了让 G1 达到用户期望的合理的停顿时间。CSet 的创建过程如代码清单 11-2 所示：

代码清单 11-2 选择 Region 放入 CSet

void G1Policy::finalize_collection_set(...) {// 先选择新生代Region，用户期望的最大停顿时间是target_pause_time_ms// G1计算出清理新生代Region的可能用时后，会将剩下的时间（time_remaining_ms）给老年代double time_remaining_ms =_collection_set->finalize_young_part(...);_collection_set->finalize_old_part(time_remaining_ms);}

G1 的 YGC 只负责清理新生代 Region，因此 finalize_old_part()不会选择任何 Region，所以只需要关注 finalize_young_part()。finalize_young_part 会在将所有 Eden 和 Survivor Region 加入 CSet 后准备垃圾回收。

G1 在 evacuate_collect_set()中创建 G1ParTask，然后阻塞，直到 G1ParTask 执行完成，这意味着整个 YGC 期间应用程序是 STW 的。类似 Parallel GC 的 YGC，G1ParTask 的执行由线程组 GangWorker 完成，以尽量减少 STW 时间。不难看出，YGC 的实际工作位于 G1ParTask，它主要分为三个阶段：

1）清理根集（ G1RootProcessor::evacuate_roots）；

2）处理 RSet（ G1RemSet::oops_into_collection_set_do）；

3）对象复制（ G1ParEvacuateFollowersClosure::do_void）。

清理根集

第一阶段是清理根集。第 10 章提到 HotSpot VM 很多地方都属于 GCRoot，G1ParTask 的 evacuate_roots()会从这些 GC Root 出发寻找存活对象。以线程栈为例，G1 会扫描虚拟机所有 JavaThread 和 VMThread 的线程栈中的每一个栈帧，找到其中的对象引用，并对它们应用 G1ParCopyClosure，如代码清单 11-3 所示：

代码清单 11-3 G1ParCopyClosure

void G1ParCopyClosure<barrier, do_mark_object>::do_oop_work(T* p) {...oop obj = CompressedOops::decode_not_null(heap_oop);const InCSetState state = _g1h->in_cset_state(obj);// 如果对象属于CSetif (state.is_in_cset()) {oop forwardee;markOop m = obj->mark_raw();if (m->is_marked()) { // 如果已经复制过则直接返回复制后的新地址forwardee = (oop) m->decode_pointer();} else { // 将它复制到Survivor Region，返回新地址forwardee = _par_scan_state->copy_to_survivor_space(...);}// 修改根集中指向该对象的引用，指向Survivor中复制后的对象RawAccess<IS_NOT_NULL>::oop_store(p, forwardee);...} else {...}}

清理根集的核心代码是 copy_to_survivor_space，它将 Eden Region 中年龄小于 15 的对象移动到 Survivor Region，年龄大于等于 15 的对象移动到 Old Region。之前根集中的引用指向 Eden Region 对象，对这些引用应用 G1ParCopyClosure 之后，Eden Region 的对象会被复制到 SurvivorRegion，所以根集的引用也需要相应改变指向，如图 11-3 所示。

图 11-3 清理根集

copy_to_survivor_space 在移动对象后还会用 G1ScanEvacuatedObjClosure 处理对象的成员，如果成员也属于 CSet，则将它们放入一个 G1ParScanThreadState 队列，等待第三阶段将它们复制到 Survivor Region。总结来说，第一阶段会将根集直接可达的对象复制到 Survivor Region，并将这些对象的成员放入队列，然后更新根集指向。

处理 RSet

第一阶段标记了从 GC Root 到 Eden Region 的对象，对于从 OldRegion 到 Eden Region 的对象，则需要借助 RSet，这一步由 G1ParTask 的 G1RemSet::oops_into_collection_set_do 完成，它包括更新 RSet（update_rem_set）和扫描 RSet（scan_rem_set）两个过程。

scan_rem_set 遍历 CSet 中的所有 Region，找到引用者并将其作为起点开始标记存活对象。

对象复制

经过前面的步骤后，YGC 发现的所有存活对象都会位于 G1ParScanThreadState 队列。对象复制负责将队列中的所有存活对象复制到 Survivor Region 或者晋升到 Old Region，如代码清单 11-4 所示：

代码清单 11-4 对象复制

template <class T> void G1ParScanThreadState::do_oop_evac(T* p) {// 只复制位于CSet的存活对象oop obj = RawAccess<IS_NOT_NULL>::oop_load(p);const InCSetState in_cset_state = _g1h->in_cset_state(obj);if (!in_cset_state.is_in_cset()) {return;}// 将对象复制到Survivor Region（或晋升到Old Region）markOop m = obj->mark_raw();if (m->is_marked()) {obj = (oop) m->decode_pointer();} else {obj = copy_to_survivor_space(in_cset_state, obj, m);}RawAccess<IS_NOT_NULL>::oop_store(p, obj);// 如果复制后的Region和复制前的Region相同，直接返回if (HeapRegion::is_in_same_region(p, obj)) {return;}// 如果复制前Region是老年代，现在复制到Survivor/Old Region，// 则会产生跨代引用，需要更新RSetHeapRegion* from = _g1h->heap_region_containing(p);if (!from->is_young()) {enqueue_card_if_tracked(p, obj);}}

对象复制是 YGC 的最后一步，在这之后新生代所有存活对象都被移动到 Survivor Region 或者晋升到 Old Region，之前的 Eden 空间可以被回收（Reclaim）。另外，YGC 复制算法相当于做了一次堆碎片的清理工作，如整理 Eden Region 可能存在的碎片。