23-一文带你搞懂G1收集器

G1收集器介绍

Garbage First（简称G1） 收集器是垃圾收集器技术发展历史上的里程碑式的成果， 它开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式。早在JDK 7刚刚确立项目目标、 Oracle公司制定的JDK 7 RoadMap里面， G1收集器就被视作JDK 7中HotSpot虚拟机的一项重要进化特征。

G1是一款主要面向服务端应用的垃圾收集器。HotSpot开发团队最初赋予它的期望是（在比较长期的） 未来可以替换掉JDK 5中发布的CMS收集器。现在这个期望目标已经实现过半了， JDK 9发布之日， G1宣告取代Parallel Scavenge加Parallel Old组合， 成为服务端模式下的默认垃圾收集器， 而CMS则沦落至被声明为不推荐使用（Deprecate） 的收集器 。

首先要有一个思想上的改变， 在G1收集器出现之前的所有其他收集器， 包括CMS在内， 垃圾收集的目标范围要么是整个新生代（Minor GC） ， 要么就是整个老年代（Major GC） ， 再要么就是整个Java堆（Full GC） 。而G1跳出了这个樊笼， 它可以面向堆内存任何部分来组成回收集（Collection Set， 一般简称CSet） 进行回收， 衡量标准不再是它属于哪个分代， 而是哪块内存中存放的垃圾数量最多， 回收收益最大， 这就是G1收集器的Mixed GC模式。

G1开创的基于Region的堆内存布局是它能够实现这个目标的关键。虽然G1也仍是遵循分代收集理论设计的， 但其堆内存的布局与其他收集器有非常明显的差异：G1不再坚持固定大小以及固定数量的分代区域划分， 而是把连续的Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），每一个Region都可以根据需要， 扮演新生代的Eden空间、 Survivor空间， 或者老年代空间。收集器能够对扮演不同角色的Region采用不同的策略去处理， 这样无论是新创建的对象还是已经存活了一段时间、 熬过多次收集的旧对象都能获取很好的收集效果。

Region中还有一类特殊的Humongous区域， 专门用来存储大对象。G1认为只要大小超过了一个Region容量一半的对象即可判定为大对象。每个Region的大小可以通过参数-XX：G1HeapRegionSize设定， 取值范围为1MB～32MB， 且应为2的N次幂。而对于那些超过了整个Region容量的超级大对象，将会被存放在N个连续的Humongous Region之中， G1的大多数行为都把Humongous Region作为老年代的一部分来进行看待， 如下图所示：

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虽然G1仍然保留新生代和老年代的概念， 但新生代和老年代不再是固定的了， 它们都是一系列区域（不需要连续） 的动态集合。G1收集器之所以能建立可预测的停顿时间模型， 是因为它将Region作为单次回收的最小单元， 即每次收集到的内存空间都是Region大小的整数倍， 这样可以有计划地避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。

G1收集器能建立可预测的停顿时间模型 这句话什么意思？

比如我们希望G1在垃圾回收的时候可以保证1小时内系统停顿（STW）的时间不超过1分钟。

那这个模型就很厉害了！之前我们通过各种JVM参数设置，内存分配就是为了尽可能的减少Minor GC和Full GC带来的停顿，从而影响系统的请求。 而现在通过G1收集器能直接给定一个指定的时间，交给G1全权负责，达成目标！

那么G1是如何做到对垃圾回收导致的系统停顿可控的？

G1收集器之所以能建立可预测的停顿时间模型， 是因为它将Region作为单次回收的最小单元， 即每次收集到的内存空间都是Region大小的整数倍， 这样可以有计划地避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。

那么具体的思路是：G1会对每一个Region里回收价值进行追踪，动态的判断如何回收。

啥叫回收价值呢？也就是G1必须搞清楚每一个Region里面到底有多少的垃圾对象需要回收，以及回收这些对象需要消耗多少时间。

比如下图，1个Region中有10MB，需要回收时间为1S，另一个Region中有20MB垃圾对象，需要消耗200ms，那么G1肯定会优先选择时间更少还能回收更多垃圾的200msRegion。

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G1收集器去跟踪各个Region里面的垃圾堆积的“价值”大小， 价值即回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值， 然后在后台维护一个优先级列表， 每次根据用户设定允许的收集停顿时间（使用参数-XX：MaxGCPauseMillis指定， 默认值是200毫秒） ， 优先处理回收价值收益最大的那些Region， 这也就是“Garbage First”名字的由来。这种使用Region划分内存空间， 以及具有优先级的区域回收方式， 保证了G1收集器在有限的时间内获取尽可能高的收集效率。 这也是G1的核心设计思路。

相关JVM参数：

-XX：+UserG1GC ：在JDK8中可以通过手动指定使用G1收集器进行回收

-XX：G1HeapRegionSize=size 指定每一个Region的大小

-XX：MaxGCPauseMillis=time 指定收集的停顿时间，默认是200ms

G1中的Region是如何分配的？每个Region大小是多少？

默认情况下是自己分配和设置，我们依然可以通过参数：“-Xms”和“-Xmx”来设置堆内存的大小，默认情况下是分配2048个Region，比如我们设置堆内存大小为2G，那么分配到2048个Region中，每一个Region的大小就是1MB。而且Region的大小必须是2的倍数，比如1MB，2MB，4MB之类的。

当然我们也可以通过“-XX：G1HeapRegionSize”来手动指定每一个Region的大小。

这里还有一些默认配置需要大家清楚：

• 新生代默认开始分配占比是5%，可以通过“-XX：G1NewSizePercent“来设置新生代初始占比
• 新生代运行过程中最多可以分配到60%的堆内存，可以通过“-XX：G1MaxNewSizePercent”来设置
• 新生代中默认也是按照8:1:1对Eden和survivor去进行分配

下一篇将继续深入分析G1收集器的垃圾回收流程。