JVM中G1垃圾收集器：原理、过程和参数配置深入解析

时间: 2024-10-21 03:38:00

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一、G1收集器概述

G1收集器（Garbage-First Garbage Collector，简称G1 GC）是Java虚拟机（JVM）中的一种垃圾收集器，专为服务器端应用设计，特别适用于具有多核处理器和大内存的机器。G1 GC在JDK 7u4版本中被正式推出，并且在JDK 9中成为默认的垃圾收集器。它的主要目标是在满足高吞吐量的同时，尽可能缩短垃圾收集造成的停顿时间。

主要特点

并行与并发：G1 GC能够充分利用多核处理器的优势，通过并行执行垃圾收集任务来提高效率。同时，它的大部分工作都是与应用线程并发执行的，从而减少了停顿时间。

分区域收集：G1 GC将整个堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region），这些区域在逻辑上是连续的，但在物理内存上可能不是连续的。每个Region都可以扮演Eden区、Survivor区或Old区等角色。这种设计使得G1 GC能够更加灵活地进行内存管理和垃圾收集。

优先回收垃圾最多区域：G1 GC通过跟踪每个Region中的垃圾堆积情况，并根据回收价值和成本进行排序，优先回收垃圾最多的Region。这种策略有助于最大限度地提高垃圾收集的效率。

可预测的停顿时间：G1 GC通过建立一个可预测的停顿时间模型，允许用户明确指定在一个特定时间片段内，垃圾收集所造成的停顿时间不得超过某个阈值。这使得G1 GC非常适合需要严格控制停顿时间的应用场景。

使用标记-整理算法：在整体上，G1 GC使用标记-整理算法来回收内存，以减少内存碎片的产生。但在两个Region之间进行垃圾收集时，它则采用标记-复制算法。这种组合策略有助于兼顾内存利用率和垃圾收集效率。

二、G1分区划分

G1收集器的分区划分是其核心特性之一，它允许G1更灵活、高效地管理内存和执行垃圾回收：

基本思想：

G1收集器将整个Java堆划分为多个大小相等、独立的区域，这些区域被称为“Region”。每个Region的大小可以根据堆空间的实际大小而定，通常在1MB到32MB之间，且必须是2的N次幂。这意味着Region的大小可以是1MB、2MB、4MB、8MB、16MB或32MB。默认情况下，整个堆空间被划分为约2048个这样的Region。

分区类型：

G1的Region可以根据其用途和状态分为不同类型。主要包括：

自由分区（Free Heap Region, FHR）：这些Region当前没有包含任何对象，是空闲的，可以用于新的对象分配。

新生代分区（Young Heap Region, YHR）：这些Region被划分为新生代，包括Eden区和Survivor区。新生代分区主要用于存储新创建的对象。

大对象分区（Humongous Heap Region, HHR）：专门用于存储大对象。在G1中，只要对象的大小超过了一个Region容量的一半，就被认为是大对象。这些对象会被直接分配到Humongous Region中，且每个大对象都单独占用一个或多个连续的Humongous Region。

老年代分区（Old Heap Region, OHR）：这些Region被划分为老年代，用于存储长时间存活的对象。

分区的管理和回收：

G1收集器通过维护一个优先列表来跟踪各个Region中的垃圾堆积情况和回收价值。在垃圾回收过程中，G1会根据这个列表优先回收价值最大的Region。这种策略使得G1能够更有效地利用处理器资源，并最大限度地减少垃圾回收造成的停顿时间。

优点：

G1的分区划分带来了几个显著优点。首先，它允许更细粒度的内存管理，提高了内存的利用率。其次，通过优先回收垃圾最多的Region，G1能够保持较高的吞吐量并缩短停顿时间。最后，G1的分区策略使其能够很好地适应不同的内存大小和垃圾回收需求。