关于G1 GC 的一些研究

发布网友发布时间：2024-09-28 11:51

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热心网友时间：2024-10-20 08:33

Garbage First (G1)回收器技术，于04年论文提出，6 Update 14测试版发布，12年JDK7正式发布，后替代Parallel Scavenge和Parallel Old组合，成为JDK9的默认Server端垃圾回收器。G1面向Region，不固定分代区域大小，将堆划分为多个大小相等的Region，每个可充当Eden、Survivor或老年代。大对象存储在专门的Humongous Region，超过Region容量一半，部分作为老年代。Region大小可通过参数-XX:G1HeapRegionSize设定，范围1mb-32mb，需为2的N次幂。

G1执行流程包括初始标记、并发标记、最终标记和清除。初始标记仅扫描GC Roots，标记直接关联对象，修改Region TAMS指针，不依赖mark word中的mark bit，使用外部bitmap。并发标记从GC Roots扫描堆对象图，不断从扫描栈取出引用进行标记，处理SATB write barrier记录的引用和更新Rset。最终标记处理并发阶段遗留的SATB记录。清除阶段使用CSet作为回收集合，根据统计模型选定收益最高、开销不超过用户指定期望停顿时间的若干个Region进行清理。

SATB（Snapshot At The Beginning）解决并发标记中的对象消失问题，G1通过前置写屏障实现，记录引用变化的旧值，确保所有引用变化记录在案。TAMS（Top at Mark Start）指针规定新对象分配位置，所有对象默认标记为存活状态，即便在并发标记结束前死亡。logging write-barrier异步执行write-barrier，提高mutator性能，减少垃圾收集延迟。

Remembered Set（RSet）用于记录从非收集区域指向收集区域的引用，G1在传统的卡表基础上添加一层结构，构成points-into关系，记录其他region指向自己的指针和范围。RSet是一种哈希表，用于减少全局扫描，提高效率。

G1回收集CSet（Collection Set）用于控制每次垃圾收集的成本和停顿时间，基于“衰减平均值”理论分析每个Region的成本和回收价值，生成Cset，采用并行复制算法清理Cset内的活对象。根据应用实际情况，选择合适的期望停顿时间，以达到平衡性能和用户体验。

G1支持两种模式：Young GC和Mixed GC，根据内存使用情况自动切换，以避免Concurrent Mode Failure（并发模式失败）导致的全堆收集。在Mixed GC无法跟上应用分配速度，或old gen充满无法继续执行Mixed GC时，G1会切换至Serial Old GC进行全堆收集，产生长时间暂停。

使用G1时，应合理设置期望停顿时间，避免过快导致并发模式失败，或过慢导致每次停顿时间过长。G1回收器的特性使其成为高并发应用的理想选择，通过优化堆内存管理和垃圾收集过程，提供更好的性能和用户体验。