JVM 进阶 (十一)：JAVA G1 收集器

一、前言

G1(Garbage First)垃圾收集器是当今垃圾回收技术最前沿的成果之一。早在JDK7就已加入JVM的收集器大家庭中，成为HotSpot重点发展的垃圾回收技术。同优秀的 CMS 垃圾回收器一样，G1也是关注最小时延的垃圾回收器，也同样适合大尺寸堆内存的垃圾收集，官方也推荐使用 G1 来代替选择 CMS。G1 最大的特点是引入分区的思路，弱化了分代的概念，合理利用垃圾收集各个周期的资源，解决了其他收集器甚至 CMS 的众多缺陷。

在前两篇博文《JVM进阶(九)：年轻代收集器》、《JVM进阶(十)：年老代收集器》中讲解了新生代和年老代的收集器，在本篇博文中介绍一个收集范围涵盖整个堆的收集器：G1 收集器。

先讲讲 G1 收集器的特点，G1 收集器也是个多线程的收集器，能够充分利用多个CPU进行工作，收集方式也与 CMS 收集器类似，因此不会有太久的停顿。

虽然回收的范围是整个堆，但还是有分代回收的回收方式。在年轻代依然采用复制算法；年老代也同样采用“标记-清除-整理”算法。但是，新生代与老年代在堆内存中的布局就和以往的收集器有着很大的区别：G1 将整个堆分成了一个个大小相等的独立区域，叫做region。其中依然保存着新生代和年老代的概念，如下图：

是不是和之前博文中看到的不同（这是内存空间图，不要和垃圾回收图弄混了），以往只是简单的分区域，而这里是将整个堆分成多个大小相等的区域。

他的回收过程也分为四个部分：初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收。

大家是不是觉得很熟悉！上面我们也说过了，和 CMS 收集器类似，初始标记需要STW；并发标记不需要；最终标记就是做一些小修改，需要STW；而筛选回收则有些不同，在众多的region中，每个region可回收的空间各不相同，但是回收所消耗的时间是需要控制的，不能太长，因此G1就会筛选出一些可回收空间比较大的region进行回收，这就是 G1 的优先回收机制。这也是保证了 G1 收集器能在有限的时间内能够获得最高回收效率的原因。通过-XX:MaxGCPauseMills=50毫秒设置有限的收集时间。

每个region之间的对象引用通过remembered set来维护，每个region都有一个remembered set，remembered set中包含了引用当前region中对象的指针。虚拟机正是通过这个remembered set去避免对整个堆进行扫描来确认可回收的对象。

事实上，G1 收集器与串行收集器、并行收集器、并发标记清除收集器这三组收集器有很大不同：

• G1 的设计原则是"首先收集尽可能多的垃圾(Garbage First)"。因此，G1 并不会等内存耗尽(串行、并行)或者快耗尽(CMS)的时候开始垃圾收集，而是在内部采用了启发式算法，在老年代找出具有高收集收益的分区进行收集。同时 G1 可以根据用户设置的暂停时间目标自动调整年轻代和总堆大小，暂停目标越短年轻代空间越小、总空间就越大；

• G1 采用内存分区(Region)的思路，将内存划分为一个个相等大小的内存分区，回收时则以分区为单位进行回收，存活的对象复制到另一个空闲分区中。由于都是以相等大小的分区为单位进行操作，因此 G1 天然就是一种压缩方案(局部压缩)；

• G1 虽然也是分代收集器，但整个内存分区不存在物理上的年轻代与老年代的区别，也不需要完全独立的survivor(to space)堆做复制准备。G1 只有逻辑上的分代概念，或者说每个分区都可能随 G1 的运行在不同代之间前后切换；

• G1 的收集都是STW的，但年轻代和老年代的收集界限比较模糊，采用了混合(mixed)收集的方式。即每次收集既可能只收集年轻代分区(年轻代收集)，也可能在收集年轻代的同时，包含部分老年代分区(混合收集)，这样即使堆内存很大时，也可以限制收集范围，从而降低停顿。

到此，所有的收集器都已经讲完了，但是很重要的一点：每个收集器是不能随意进行组合使用的！这里我列出一个搭配使用的表格提供大家参考使用: