G1GC 是什么

G1GC 中的实时性

G1GC 具有软实时性，具备以下两种功能：

1. 设置期望暂停时间：用户自定义 GC 暂停（stop the world）时间，尽力保证不超过此时间

2. 可预测性：预测下次 GC 暂停的时间。根据预测的结果，通过延迟 GC、拆分 GC 目标对象等手段来遵守设置的期望暂停时间。

堆结构

堆内部划分为大小相等的区域，排成一排。以区域为单位 GC。用户可以随意设置区域大小，内部会将用户设置的值向上调整为 2 的指数幂，并以该数作为区域的大小。

如果正在分配对象的某个区域已经满了，GC 线程会寻找下一个空闲区域继续分配。空闲区域通过链表进行管理，查找时间复杂度为 O(n)。

执行过程

1. 并发标记：针对区域内所有存活的对象进行标记。

2. 转移（整理）：负责释放堆中死亡对象占用的内存空间。转移的同时起到了压缩作用，因此不会发生碎片化。

并发标记和转移

并发标记由并发标记线程执行，在尽量不暂停的情况下标记出存活对象。在并发标记结束之后记录下每个区域内存活对象的数量。

转移是将待回收区域内的存活对象复制到其他空闲区域，然后将待回收区域重置为空闲状态。

并发标记和转移在处理上是相互独立的。

并发标记

每个区域都有两个标记位图：next 和 prev，next 是本次标记位图，prev 是上次标记的标记位图。

执行步骤

初始标记阶段：暂停，标记可由根直接引用的对象

GC 线程先创建标记位图 next，所有区域的标记位图创建完成之后，开始根扫描。

并发标记阶段：1 中标记的对象所引用的对象。开启并发标记线程进行标记。

GC 线程和应用程序线程并发执行。为防止发生“标记遗漏”，必须使用写屏障技术记录对象间的引用关系变化。

SATB(初始快照)

将并发标记开始时对象间的引用关系，以逻辑快照的形式进行保存的手段。

最终标记阶段：扫描 2 中没有标记的对象。

暂停应用程序执行，扫描 SATB 本地队列中可能存在的待扫描对象。

存活对象计数：对所有被标记的对象进行计数。

扫描 next，统计区域内存活对象的字节数。

收尾工作：做收尾工作，并为下次标记做准备。

暂停应用程序执行，扫描每个区域，将标记位图 next 中并发标记结果移动到标记位图 prev 中，再对并发标记中使用过的标记值进行重置，为下次并发标记做准备。

对没有存活对象的区域进行回收。

计算每个区域的转移效率，并按照效率对区域进行降序排序。

转移效率

转移 1 个字节所需的时间：死亡对象的字节数/转移所需的时间。

死亡对象越多，转移效率越高。

转移

通过转移专用记忆集合来发现对象。通过卡表（card table）来实现转移专用记忆集合。

卡表（card table）

由元素大小为 1B 的数组实现的，卡表里的元素称为卡片，对应堆中大小适当的一段存储空间。

转移专用写屏障