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G1

调优场景

Evacuation Failure

"evacuation failure", "to-space exhausted", "to-space overflow"， "promotion failure"之类的字眼。这些术语的概念在G1 GC是相似的

巨型对象和巨型对象分配

对于 G1 GC，任何超过区域一半大小的对象都被视为“巨型对象”。此类对象直接被分配到老年代中的“巨型区域”。这些巨型区域是一个连续的区域集。StartsHumongous 标记该连续集的开始，ContinuesHumongous 标记它的延续。

在分配任何巨型区域之前，会检查标记阈值，如有必要，还会启动一个并发周期。

在清理阶段或完整的垃圾回收周期内，标记周期结束时会清理死亡的巨型对象。

为了减少复制开销，巨型对象未包括在疏散暂停中。完整的垃圾回收周期会对巨型对象进行压缩。

由于每个 StartsHumongous 和 ContinuesHumongous 区域集只包含一个巨型对象，所以没有使用巨型对象的终点与上个区域的终点之间的空间（即巨型对象所跨的空间）。如果对象只是略大于堆区域大小的倍数，则此类未使用的空间可能会导致堆碎片化。

如果巨型分配导致连续的并发周期，并且此类分配导致老年代碎片化，请增加 -XX:G1HeapRegionSize，这样一来，之前的巨型对象就不再是巨型对象了，而是采用常规的分配路径。

当未找到能放下巨型对象的连续分区时，G1会首先尝试扩展堆空间，扩展失败时，启动串行gull gc。

引用处理

-XX:PrintReferenceGC在GC日志中输出各种引用详细GC数据。

通常，在G1年轻代或者混合收集中，当PrintGCDetails输出中的Ref Proc时间超过GC暂停时间总数的10%时，需要进行调优：

1.-XX:+ParalleRefProcEnabled激活多线程引用处理，负面影响是会抢占用户线程时间片。

2.第一点作用不明显时，观察GC日志，找到导致Ref Proc处理时间过长的引用类型，优化应用程序减少对该类型引用的使用。

软引用特别说明：

由于软引用对象只会在OOM前回收，所以软引用对象可能会长期占用内存而频繁触发老年代收集周期，使用-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB可以控制软引用对象回收时机，

回收周期

年轻代GC

对象从eden区分配失败时触发，copy eden + from survivor -> to survivor，超过晋升阈值的对象copy到老年代。

-XX:MaxGCPauseMillis 200ms

JVM会根据该参数调整年轻代大小。如果用户设置了-Xmn或者-XX：NewRatio等年轻代空间调整参数，会导致暂停目前参数失效。
-XX:G1NewSizePercent 5%
-XX:G1MaxNewSizePercent 60%
-XX:MaxTenuringThreshold 15

混合GC

触发时机：

当老年代分区占用总堆比例超过阈值（默认45%）时，触发混合GC。

初始标记：和下一次年轻代GC一起，STW并行标记，收集所有的GC Roots。

并发标记：多线程并发协同标示存活对象图。

重新标记：STW并行重新标记上个阶段产生的新垃圾。

并行回收：垃圾清理。

-XX:ConGCThreads

设置并行标记的线程数。默认值为并行垃圾回收线程数 (ParallelGCThreads) 的 1/4 。

增大该值将会占用应用线程处理时间，降低吞吐量，因为并发GC线程和应用线程同时工作。

初始标记

借道年轻代的STW执行，标记出GC Roots直接可达的对象，将NTAMS置到分区顶部。

- -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent IHOP 45%

  老年代占用比例超过该值时触发并发标记周期。

根分区扫描

年轻代存活对象作为“根分区”，扫描“根分区”对老年代的引用。
并发标记周期

使用基于写前栅栏的SATB快照标记算法（应用线程将发生更改前的引用放入stab_queue，由并发标记线程定期处理，以此找到标记开始时刻的存活对象快照），在多个并发标记周期不断交换PTAMS和NTAMS完成标记。

https://www.jianshu.com/p/9e70097807ba

重新标记

STW，GC线程并行处理所有生效的SATB缓冲区及所有更新（Rset更新？）。处理引用。
清除

识别所有空闲分区，清理空闲分区RSet，释放到空闲队列；

整理堆分区，为混合垃圾回收识别出高效率的老年代分区；

RSet梳理（比如，标记过程发现RSet中记录的某个对象已经死亡，将该记录从RSet中删除）。

高效率的分区：

1.存活对象少。

2.对象被别的分区对象引用数量少。这里数量多会导致RSet中PRT粒度粗化，增大RSet扫描开销。

交换位图、指针？并发标记周期也交换？

混合回收
- -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent 85%
  
  old generation region 中的存活对象的占比，低于该值时才会被选入 CSet。
- -XX:G1MixedGCCountTarget 8
  
  设置标记周期完成后，对存活数据上限为 G1MixedGCLIveThresholdPercent 的旧区域执行混合垃圾回收的目标次数。默认值是 8 次混合垃圾回收。混合回收的目标是要控制在此目标次数以内。

  每次混合收集老年代CSet的最小数量 = 混合收集周期将回收的候选老年代分区总数/G1MixedGCCountTarge

  

  

- -XX:G1HeapWastePercent 10%

  混合收集周期中发现垃圾占总堆比例低于该值时，停止混合收集周期

- -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent 10%

  每次混合收集暂停收集分区上限，默认总堆的10%

Full GC

触发时机：对象分配失败时？

使用串行垃圾收集器对整个堆全面压缩。

G1的设计目标通过不断调优而不再需要full GC。

公共

-XX:G1HeapRegionSize

超过该值50%的对象将被视为巨型对象，直接分配在老年代。JDK 8u40之前，巨型对象由混合GC并发收集周期的清除阶段回收，之后可以在年轻代GC回收。

1MB~32MB，G1默认将堆划为为约2048个Region。

-XX:G1ReservePercent=10

设置作为空闲空间的预留内存百分比，以降低目标空间溢出的风险。默认值是 10%。增加或减少百分比时，请确保对总的 Java 堆调整相同的量。

copy对象到to-space时产生对象晋升，老年代空间不足时会扩展老年代堆空间，老年代空间已达上限会产生晋升失败，增大预留内存占比可避免晋升失败。

-XX:ParallelGCThreads

设置 STW 工作线程数的值。将 n 的值设置为逻辑处理器的数量。n 的值与逻辑处理器的数量相同，最多为 8。

如果逻辑处理器不止八个，则将 n 的值设置为逻辑处理器数的 5/8 左右。这适用于大多数情况，除非是较大的 SPARC 系统，其中 n 的值可以是逻辑处理器数的 5/16 左右。

堆空间调整

JVM通过在Xms和Xmx之间动态调整堆大小及年轻代大小，以满足用户设置的GC暂停时间MaxGCPauseMillis和GCTimeRatio（用户线程时间/GC线程时间）的目标。

RSet

引用关系

PRT 粒度？

关系维护

维护时机：

对象引用关系变化时（包括引用赋值、GC移动对象等），触发写栅栏代码，维护Rset。

若发生一个跨区引用关系变化，G1垃圾收集器会将相应的card加入到“脏卡片队列”。“并发优化线程”会扫描队列中的卡片来更新RSet。当“并发优化线程”来不及处理不过来时，会挂起用户线程，让用户线程也加入到更新Rset。

全局卡片表

在任意收集周期，扫描Rset与PRT时，会将扫描到的引用记录标记到全局卡片表，避免重复扫描。在收集周期的最后将该表清空，显示为Clear CT。

工作窃取机制

收集活动图

活动流程

关键算法

https://www.jianshu.com/p/548c67aa1bc0

RSET

写后栅栏

https://www.jianshu.com/p/870abddaba41
- 并发优化线程
写前栅栏
- SATB
  
  https://www.jianshu.com/p/9e70097807ba

年轻代收集

如何确保新生代对象被老年代引用的时候不被gc？（查询老年代对象来确认对新生代对象的引用避免误回收）

机制：当老年代存活对象多时，每次minor gc查询老年代所有对象影响gc效率（因为gc stop-the-world），所以在老年代有一个write barrier（写屏障）来管理的card table（卡表），card table存放了所有老年代对象对新生代对象的引用。

所以每次minor gc通过查询card table来避免查询整个老年代，以此来提高gc性能。

G1垃圾回收

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