G1

发表于 2020-11-25 分类于 jvm 本文字数： 3k 阅读时长 ≈ 5 分钟

简单总结了G1和其常用参数，并分析了的G1日志

G1（Garbage First）是 JDK 7 引入，并在 JDK 9 默认启用的服务端垃圾回收器。它的核心理念是将整个 Java 堆划分为多个大小相等的 Region，打破了传统“新生代 / 老年代”的物理分区模式，转而以 Region 为基本单位进行垃圾管理与回收。

整堆收集：G1 是一个真正的 整堆并行压缩收集器，新生代和老年代都可以并行回收。
并发标记：采用 三色标记法 + SATB + 写屏障机制，保证并发标记期间的准确性。
可预测的停顿时间：用户可设置 -XX:MaxGCPauseMillis 控制最大停顿时间，G1 会在这个目标下选择哪些 Region 进入回收集（CSet）。

常用参数设置

-XX:+UseG1GC
-XX:G1HeapRegionSize=2M：一个Region的大小
-XX:MaxGCPauseMillis=80：允许收集停顿的最大时常（毫秒）
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 ：老年代占用到 45% 时触发并发标记周期（默认45）
不要再设置-xmn和-XX:NewRatio

Region划分

整个堆被分成多个 Region（默认 2048 个），每个 Region 的大小为 1MB ~ 32MB，并且必须是 2 的幂次方。
每个 Region 会被动态标记为不同用途：
- E：Eden 区（新生代分配对象）
- S：Survivor 区（新生代存活对象）
- O：Old 区（长生命周期对象）
- H：Humongous 区（大对象，直接分配在老年代）

大对象（如数组、长字符串等）若超过一个 Region 一半大小，会被当作 Humongous 对象，分配连续的多个 Region。由于这些对象移动成本高，G1 默认不会移动 Humongous 对象，而是直接将它们标记为老年代区域。

Remembered Set（RSet）

由于 G1 会独立地对某些 Region 进行回收，它必须知道老年代是否引用了某个新生代对象。这正是 Remembered Set（记忆集） 的作用：

每个 Region 都维护了一个对应的 RSet，记录有哪些其它 Region 的对象引用了自己。
在回收某个 Region 时，G1 只需要扫描这个 RSet，而不必全堆扫描，大幅降低了跨代引用处理的成本。

简单说：RSet 让分区式回收变得可能而高效。

Card Table（卡表）

RSet 的实现依赖于 Card Table + 写屏障：

Java 堆被进一步划分为更小的单位：Card，默认每个 Card 是 512 字节。
JVM 在写引用字段时会触发 写屏障（Write Barrier），将对应 Card 标记为 dirty，并记录引用变更。
在 GC 时，这些 dirty Card 会被用于更新 RSet，确保引用信息完整。

卡表是写屏障的基础，RSet 是分区引用追踪的核心，三者协同构成 G1 的并发收集体系。

日志解析

2020-11-23T11:40:46.167+0800: 1.503: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0048336 secs]
   // 下面的Min,Avg,Max,Diff,Sum分别表示GC线程最小启动或耗时时间（后面的也是），平均，最大，最大差值，和总耗时，单位都为ms
   [Parallel Time: 3.1 ms, GC Workers: 6] // 本次YGC共6个GC线程，总耗时3.1ms
      [GC Worker Start (ms): Min: 1503.0, Avg: 1504.5, Max: 1506.1, Diff: 3.0] // 本次GC线程启动（相对于JVM的启动）
      [Ext Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.2, Max: 0.7, Diff: 0.7, Sum: 1.1] // 本次GC线程的GC Roots扫描时间
      [Update RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0] // 更新Remember Sets 的耗时统计信息（记忆集一般使用来解决跨Region的引用）
         [Processed Buffers: Min: 0, Avg: 0.0, Max: 0, Diff: 0, Sum: 0]
      [Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0] // 每个Region都会有一个RSet，RSet又包含指向这个Region的Cards引用，这个阶段就是扫描RSet中的Cards，从而分辨出Eden哪些对象被老年代引用，从而这些不会被GC
      [Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.2, Diff: 0.2, Sum: 0.2] // 扫描代码中的root节点（局部变量）
      [Object Copy (ms): Min: 0.0, Avg: 1.3, Max: 2.7, Diff: 2.7, Sum: 7.6] // 对象copy，将存活的对象copy到目标Region中
      [Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.3]
         [Termination Attempts: Min: 1, Avg: 1.2, Max: 2, Diff: 1, Sum: 7]
      [GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.2] // GC线程完成其他任务的时间
      [GC Worker Total (ms): Min: 0.0, Avg: 1.6, Max: 3.1, Diff: 3.1, Sum: 9.4] // GC线程整个生命周期总计消耗时间
      [GC Worker End (ms): Min: 1506.1, Avg: 1506.1, Max: 1506.1, Diff: 0.0] // GC线程完成任务的停止时间（相对于JVM）
   [Code Root Fixup: 0.0 ms]
   [Code Root Purge: 0.0 ms]
   [Clear CT: 0.1 ms] // 清理Card Table（卡表）
   [Other: 1.6 ms]
      [Choose CSet: 0.0 ms] // 选择要回收的Region放入CSet（会根据停顿时间来决定）
      [Ref Proc: 1.4 ms] // 处理引用对象耗时时间（Weak、Soft、Phantom、JNI等等）
      [Ref Enq: 0.0 ms] // 遍历所有引用，将不能回收的放入pending列表
      [Redirty Cards: 0.0 ms] // 重置card为dirty
      // 大型对象的回收
      [Humongous Register: 0.0 ms] 
      [Humongous Reclaim: 0.0 ms]
      [Free CSet: 0.0 ms] // 释放CSet中Region占用的内存空间所耗时间
   [Eden: 51.0M(51.0M)->0.0B(46.0M) Survivors: 0.0B->5120.0K Heap: 51.0M(1024.0M)->4815.7K(1024.0M)]
 [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs]

总结

G1 不再物理区分年轻代和老年代，转而统一使用多个 Region 管理整个堆。
支持 并发标记 + 并发回收 + 可预测停顿，是整堆压缩收集器。
使用 Remembered Set + Card Table + 写屏障 高效维护跨代引用关系。
避免 Full GC 的目标是：通过周期性并发标记、预测性选择 CSet 来进行碎片整理。