作為一款高效的垃圾收集器杜恰，G1在JDK7中加入JVM卒蘸，在JDK9中取代CMS成為了默認(rèn)的垃圾收集器鬓照。
1.1 新生代
新生代采用復(fù)制算法薛匪，主要的垃圾收集器有三個挟冠，Serial噩咪、Parallel New 和 Parallel Scavenge弄慰，特性如下：
Serial:單線程收集器勺远，串行方式運(yùn)行署尤，GC 進(jìn)行時耙替，其他線程都會停止工作。在單核 CPU 下曹体，收集效率最高俗扇。
Parallel New：Serial 的多線程版本，新生代默認(rèn)收集器箕别。在多核 CPU 下铜幽，效率更高，可以跟CMS收集器配合使用串稀。
Parallel Scavenge：多線程收集器除抛，更加注重吞吐量，適合交互少的任務(wù)母截，不能跟 CMS 配合使用到忽。
1.1 老年代
Serial Old：采用標(biāo)記-整理(壓縮)算法，單線程收集。
Parallel Old：采用標(biāo)記-整理(壓縮)算法喘漏，可以跟 Parallel Scavenge 配合使用
CMS：Concurrent Mark Sweep护蝶，采用標(biāo)記-清除算法，收集線程可以跟用戶線程一起工作翩迈。
CMS缺點(diǎn)：吞吐量低持灰、無法處理浮動垃圾、標(biāo)記清除算法會產(chǎn)生大量內(nèi)存碎片负饲、并發(fā)模式失敗后會切到Serial old堤魁。
G1：把堆劃分成多個大小相等的Region，新生代和老年代不再物理隔離绽族，多核 CPU 和大內(nèi)存的場景下有很好的性能姨涡。新生代使用復(fù)制算法，老年代使用標(biāo)記-壓縮(整理)算法吧慢。
G1
G1垃圾收集器主要用于多處理器涛漂、大內(nèi)存的場景，它有五個屬性：分代检诗、增量匈仗、并行(大多時候可以并發(fā))、stop the word逢慌、標(biāo)記整理悠轩。
分代：跟其他垃圾收集器一樣，G1把堆分成了年輕代和老年代攻泼，垃圾收集主要在年輕代火架，并且年輕代回收效率最高。偶爾也會在老年代進(jìn)行回收忙菠。
增量：為了讓垃圾收集時STW時間更短何鸡，G1采用增量和分步進(jìn)行回收。G1通過對應(yīng)用之前的行為和停頓時間進(jìn)行分析構(gòu)建出可預(yù)測停頓時間模型牛欢，并且利用這個信息來預(yù)測停頓時間內(nèi)的垃圾收集情況骡男。比如：G1會首先回收那些收集效率高的內(nèi)存區(qū)域(這些區(qū)別大部分空間是可回收垃圾，這也是為啥叫G1的原因）傍睹。
并行和并發(fā)：為了提高吞吐量隔盛，一些操作需要STW。一些需要花費(fèi)很多時間的操作拾稳，比如整堆操作(像全局標(biāo)記)可以并發(fā)執(zhí)行吮炕，同時可以并發(fā)跟應(yīng)用并行執(zhí)行。
標(biāo)記整理：G1主要使用標(biāo)記整理算法來進(jìn)行垃圾收集访得，標(biāo)記階段跟“標(biāo)記清除”算法一樣来屠，但標(biāo)記之后不會直接對可回收對象進(jìn)?清理，?是讓所有存活對象都移動到一端，然后直接回收掉移動之后邊界以外的內(nèi)存俱笛。如下圖：
? ? ? 我們知道，垃圾收集器的一個目標(biāo)就是STW(stop the word)越短越好传趾。利用可預(yù)測停頓時間模型迎膜，G1為垃圾收集設(shè)定一個STW的目標(biāo)時間(通過 -XX:MaxGCPauseMillis 參數(shù)設(shè)定，默認(rèn)200ms)浆兰，G1盡可能地在這個時間內(nèi)完成垃圾收集磕仅，并且在不需要額外配置的情況下實(shí)現(xiàn)高吞吐量。
G1致力于在下面的應(yīng)用和環(huán)境下尋找延遲和吞吐量的最佳平衡：
堆大小達(dá)到10GB以上簸呈，并且一半以上的空間被存活的對象占用
隨著系統(tǒng)長期運(yùn)行榕订，對象分配和升級速率變化很快
堆中存在大量內(nèi)存碎片
垃圾收集時停頓時間不能超過幾百毫秒，避免垃圾收集造成的長時間停頓蜕便。
如果在JDK8中使用G1劫恒，我們可以使用參數(shù) -XX:+UseG1GC 來開啟。
G1并不是一款實(shí)時收集器轿腺，它盡最大努力以高性能完成 MaxGCPauseMillis 設(shè)置的停頓時間两嘴，但并不能絕對保證在這個時間內(nèi)完成收集。
2.2 堆布局
G1把整個堆分成了大小相等的region族壳，每一個region都是連續(xù)的虛擬內(nèi)存憔辫，region是內(nèi)存分配和回收的基本單位。如下圖：
紅色帶"S"的region表示新生代的survivor仿荆，紅色不帶"S"的表示新生代eden贰您，淺藍(lán)色不帶"H"的表示老年代，淺藍(lán)色帶"H"的表示老年代中的大對象拢操。跟G1之前的內(nèi)存分配策略不同的是，survivor庐冯、eden孽亲、老年代這些區(qū)域可能是不連續(xù)的。
G1在停頓的時候可以回收整個新生代的region展父，新生代region的對象要不復(fù)制到survivor區(qū)要不復(fù)制到老年代region返劲。同時每次停頓都可以回收一部分老年代的內(nèi)存，把老年代從一個region復(fù)制到另一個region栖茉。
2.3 關(guān)于region
上一節(jié)我們看到篮绿，整個堆內(nèi)存被G1分成了多個大小相等的region，每個堆大約可以有2048個region吕漂，每個region大小為 1~32 MB(必須是2的次方)亲配。region的大小通過 -XX:G1HeapRegionSize 來設(shè)置，所以按照默認(rèn)值來G1能管理的最大內(nèi)存大約 32MB * 2048 = 64G。
2.4 大對象
大對象是指大小超過了region一半的對象吼虎，大對象可以橫跨多個region犬钢，給大對象分配內(nèi)存的時候會直接分配在老年代，并不會分配在eden區(qū)思灰。
如下圖玷犹，一個大對象占據(jù)了兩個半region，給大對象分配內(nèi)存時洒疚，必須從一個region開始分配連續(xù)的region歹颓，在大對象被回收前，最后一個region不能被分配給其他對象油湖。
大對象什么時候回收巍扛？通常，只有在mark結(jié)束以后的Cleanup停頓階段或者FullGC的時候乏德，死亡的大對象才會被回收掉撤奸。但是，基本類型(比如bool數(shù)組鹅经、所有的整形數(shù)組寂呛、浮點(diǎn)型數(shù)組等)的數(shù)組大對象有個例外,G1會在任何GC停頓的時候回收這些死亡大對象。這個默認(rèn)是開啟的瘾晃，但是可以使用 -XX:G1EagerReclaimHumongousObjects 這個參數(shù)禁用掉贷痪。
分配大對象的時候，因?yàn)檎加每臻g太大蹦误，可能會過早發(fā)生GC停頓劫拢。G1在每次分配大對象的時候都會去檢查當(dāng)前堆內(nèi)存占用是否超過初始堆占用閾值IHOP(The Initiating Heap Occupancy Percent)，如果當(dāng)前的堆占用率超過了IHOP閾值强胰，就會立刻觸發(fā) initial mark舱沧。關(guān)于initial mark詳見第4節(jié)。
即使是在FullGC的時候偶洋，大對象也是永遠(yuǎn)不會被移動的熟吏。這可能導(dǎo)致過早發(fā)生FullGC或者是意外的OOM，因?yàn)榇藭r雖然還有大量的空閑內(nèi)存玄窝，但是這些內(nèi)存都是region中的內(nèi)存碎片牵寺。
內(nèi)存分配：
G1雖然把堆內(nèi)存劃分成了多個region，但是依然存在新生代和老年代的概念恩脂。G1新增了2個控制新生代內(nèi)存大小的參數(shù)帽氓，-XX:G1NewSizePercent(默認(rèn)等于5)，-XX:G1MaxNewSizePercent(默認(rèn)等于60)俩块。也就是說新生代大小默認(rèn)占整個堆內(nèi)存的 5% ~ 60%黎休。
根據(jù)前面介紹浓领，一個堆大概可以分配2048個region，每個region最大32M势腮，這樣G1管理的整個堆的大小最大可以是64G联贩，新生代占用的大小范圍是 3.2G ~ 38.4G。
對于 -XX:G1NewSizePercent 和 -XX:G1MaxNewSizePercent捎拯，下面幾個問題需要注意：
如果設(shè)置了-Xmn撑蒜，那這兩個參數(shù)是否生效？
生效玄渗，比如堆大小是64G，設(shè)置 -Xmn3.2G狸眼，那么就等價于 -XX:G1NewSizePercent=5 并且 -XX:G1MaxNewSizePercent=5藤树，因?yàn)?.2G/64G = 5%。
如果設(shè)置了 -XX:NewRatio拓萌，這兩個參數(shù)是否生效岁钓？
生效，比如堆大小是64G微王，設(shè)置 -XX:NewRatio=3屡限，那么就等價于 -XX:G1NewSizePercent=25 并且 -XX:G1MaxNewSizePercent=25。因?yàn)槟贻p代：老年代 = 1 ：3炕倘，說明年輕代占1/4 = 25%钧大。
如果 -XX:G1NewSizePercent 和 -XX:G1MaxNewSizePercent 只設(shè)置其中一個，那這兩個參數(shù)還生效嗎罩旋？
設(shè)置的這個參數(shù)不生效啊央，兩個參數(shù)都用默認(rèn)值。
如果-XX:G1NewSizePercent 和 -XX:G1MaxNewSizePercent 這兩個參數(shù)都生效了涨醋，什么時候動態(tài)擴(kuò)容瓜饥？
跟 -XX:GCTimeRatio 這個參數(shù)相關(guān)。這個參數(shù)為0~100之間的整數(shù)(G1默認(rèn)是9, 其它收集器默認(rèn)是99)浴骂，值為 n 則系統(tǒng)將花費(fèi)不超過 1/(1+n) 的時間用于垃圾收集乓土。因此G1默認(rèn)最多 10% 的時間用于垃圾收集，如果垃圾收集時間超過10%溯警，則觸發(fā)擴(kuò)容趣苏。如果擴(kuò)容失敗，則發(fā)起Full GC愧膀。
垃圾回收：
G1的垃圾收集是在 Young-Only 和 Space-Reclamation兩個階段交替執(zhí)行的拦键。如下圖：
young-only階段會用對象逐步把老年代區(qū)域填滿，space-reclamation階段除了會回收年輕代的內(nèi)存以外檩淋，還會增量回收老年代的內(nèi)存芬为。完成后重新開始young-only階段萄金。
4.1 Young-only
Young-only階段流程如下圖：
這個階段從普通的 young-only GC 開始，young-only GC把一些對象移動到老年代媚朦，當(dāng)老年代的空間占用達(dá)到IHOP時氧敢，G1就停止普通的young-only GC，開始初始標(biāo)記(Initial Mark)询张。
初始標(biāo)記：這個過程除了普通的 young-only GC 外孙乖，還會開始并發(fā)標(biāo)記過程，這個過程決定了被標(biāo)記的老年代存活對象在下一次space-reclamation階段會被保留份氧。這個過程不會STW唯袄，有可能標(biāo)記還沒有結(jié)束普通的 young-only GC 就開始了。這個標(biāo)記過程需要在重新標(biāo)記(Remark)和清理(Cleanup)兩個過程后才能結(jié)束蜗帜。
重新標(biāo)記: 這個過程會STW恋拷，這個過程做全局引用和類卸載。
在重新標(biāo)記和清理這兩個階段之間G1會并發(fā)計算對象存活信息厅缺，這個信息用于清理階段更新內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)蔬顾。
清理階段：
這個節(jié)點(diǎn)回收所有的空閑區(qū)域，并且決定是否接著執(zhí)行一次space-reclamation湘捎，如果是诀豁，則僅僅執(zhí)行一次單獨(dú)的young-only GC，young-only階段就結(jié)束了窥妇。
關(guān)于IHOP舷胜，默認(rèn)情況下，G1會觀察標(biāo)記周期內(nèi)標(biāo)記花了多少時間秩伞，老年代分配了多少內(nèi)存逞带，以此來自動確定一個最佳的IHOP，這叫做自適應(yīng)IHOP纱新。如果開啟這個功能展氓，因?yàn)槌跏紩r沒有足夠的觀察數(shù)據(jù)來確定IHOP，G1會用參數(shù) -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 來指定初始IHOP脸爱∮龉可以用 -XX:-G1UseAdaptiveIHOP 參數(shù)關(guān)閉自適應(yīng)IHOP，這樣IHOP就參數(shù) -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 指定的固定值簿废。自適應(yīng)IHOP這樣設(shè)置老年代占有率,當(dāng)老年代占有率=老年代最大占有率 - 參數(shù) -XX:G1HeapReservePercent 值時空入，啟動space-reclamation階段的第一個Mixed GC。這里參數(shù) -XX:G1HeapReservePercent 作為一個額外的緩存值族檬。
關(guān)于標(biāo)記歪赢，標(biāo)記使用 SATB 算法，初始標(biāo)記開始時单料，G1保存堆的一份虛擬鏡像埋凯，這份鏡像存活的對象在后續(xù)的標(biāo)記過程中也被認(rèn)為是存活的点楼。這有一個問題，就是標(biāo)記過程中如果部分對象死亡了白对，對于 space-reclamation 階段來說它們?nèi)匀皇谴婊畹?也有少部分例外)掠廓。跟其他垃圾收集器相比，這會導(dǎo)致一部分死亡對象被錯誤保留甩恼，但是為標(biāo)記階段提供了更好的吞吐量蟀瞧，而且這些錯誤保留的對象會在下一次標(biāo)記階段被回收。
在young-only階段条摸，要回收新生代的region悦污。每一次 young-only 結(jié)束的時候，G1總是會調(diào)整新生代大小钉蒲。G1可以使用參數(shù) -XX:MaxGCPauseTimeMillis和 -XX:PauseTimeIntervalMillis 來設(shè)置目標(biāo)停頓時間塞关，這兩個參數(shù)是對實(shí)際停頓時間的長期觀察得來的。他會根據(jù)在GC的時候要拷貝多少個對象子巾，對象之間是如何相互關(guān)聯(lián)的等信息計算出來回收相同大小的新生代內(nèi)存需要花費(fèi)多少時間，
如果沒有其他的限定條件小压，G1會把young區(qū)的大小調(diào)整為 -XX:G1NewSizePercent和 -XX:G1MaxNewSizePercent 之間的值來滿足停頓時間的要求线梗。
4.2 Space-reclamation
這個階段由多個Mixed GC組成，不光回收年輕代垃圾怠益，也回收老年代垃圾仪搔。當(dāng) G1 發(fā)現(xiàn)回收更多的老年代區(qū)域不能釋放更多空閑空間時，這個階段結(jié)束蜻牢。之后烤咧，周期性地再次開啟一個新的Young-only階段。
當(dāng)G1收集存活對象信息時內(nèi)存不足抢呆，G1會做一個Full GC煮嫌，并且會STW。
在 space-reclamation 階段抱虐，G1會盡量在GC停頓時間內(nèi)回收盡可能多的老年代內(nèi)存昌阿。這個階段新生代內(nèi)存大小被調(diào)整為 -XX:G1NewSizePercent 設(shè)置的允許的最小值，只要存在可回收的老年代region就會被添加到回收集合中恳邀，直到再添加會超出目標(biāo)停頓時間為止懦冰。在特定的某個GC停頓時間內(nèi)，G1會按照這老年代region回收的效率(效率高的優(yōu)先收集)和剩余可用時間來得到最終待回收region集合谣沸。
每一個GC停頓期間要回收的老年代region數(shù)量受限于候選region集合數(shù)量除以 -XX:G1MixedGCCountTarget 這個參數(shù)值刷钢，參數(shù) -XX:G1MixedGCCountTarget 指定一個周期內(nèi)觸發(fā)Mixed GC最大次數(shù)，默認(rèn)值8乳附。比如 -XX:G1MixedGCCountTarget 采用默認(rèn)值8内地，候選region集合有200個region伴澄，那每次停頓期間收集25個region。
候選region集合是老年代中所有占用率低于 -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent 的region瓤鼻。
當(dāng)待回收region集合中可回收的空間占用率低于參數(shù)值 -XX:G1HeapWastePercent 的時候秉版，Space-Reclamation結(jié)束。
4.3 內(nèi)存緊張情況
當(dāng)應(yīng)用存活對象占用了大量內(nèi)存茬祷，以至于回收剩余對象沒有足夠的空間拷貝時清焕，就會觸發(fā) evacuation failure。這時G1為了完成當(dāng)前的垃圾收集祭犯，會保留已經(jīng)位于新的位置上的存活對象不動秸妥，對于沒有移動和拷貝的對象就不會進(jìn)行拷貝了，僅僅調(diào)整對象間的引用沃粗。
evacuation failure會導(dǎo)致一些額外的開銷粥惧，但是一般會跟其他 young GC 一樣快。evacuation failure完成以后最盅，G1會跟正常情況下一樣繼續(xù)恢復(fù)應(yīng)用的執(zhí)行突雪。G1會假設(shè) evacuation failure是發(fā)生在GC的后期，這時大部分對象已經(jīng)移動過了涡贱，并且已經(jīng)有足夠的內(nèi)存來繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)用程序一直到 mark 結(jié)束 space-reclamation 開始咏删。如果這個假設(shè)不成立(也就是說沒有足夠的內(nèi)存來執(zhí)行應(yīng)用程序)，G1最終只能發(fā)起Full GC问词，對整個堆做壓縮督函，這個過程可能會非常慢。
與其他垃圾收集器相比：
5.1 Parallel GC
Parallel GC 可以壓縮和回收老年代的內(nèi)存激挪，但是也只能對老年代整體來操作辰狡。G1以增量的方式把整個GC工作增量的分散到多個更短的停頓時間中，當(dāng)然這可能會犧牲一定吞吐量垄分。
5.2 CMS
跟CMS類似宛篇，G1并發(fā)回收老年代內(nèi)存，但是薄湿，CMS采用標(biāo)記-清除算法些己，不會處理老年代的內(nèi)存碎片，最終就會導(dǎo)致長時間的FullGC嘿般。
5.3 G1問題
因?yàn)椴捎貌l(fā)收集段标，G1的性能開銷會更大，這可能會影響吞吐量炉奴。
5.4 G1優(yōu)勢
G1在任何的GC期間都可以回收老年代中全空或者占用大空間的內(nèi)存逼庞。這可以避免一些不必要的GC，因?yàn)榭梢苑浅］p易地釋放大量的內(nèi)存空間瞻赶。這個功能默認(rèn)開啟赛糟，可以采用 -XX:-G1EagerReclaimHumongousObjects 參數(shù)關(guān)閉派任。
G1可以選擇對整個堆里面的String進(jìn)行并行去重。這個功能默認(rèn)關(guān)閉璧南，可以使用參數(shù) -XX:+G1EnableStringDeduplication 來開啟掌逛。
