最全面的 G1 学习笔记

发布网友 发布时间：2024-10-23 20:56

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热心网友 时间：2024-11-19 03:25

在 G1 收集器之前，CMS 算是一款优秀的收集器，它以并发收集和低停顿为优点，但也存在缺点。设计团队为了改进这些不足，开发了 G1 收集器以取代 CMS。

G1 的实现引入了新的概念，旨在实现高吞吐、无内存碎片和可控收集时间等功能。与 CMS 相比，G1具有以下特点：

每个 G1 堆都会划分为多个大小相等的区域（Region），这些 Region 可作为新生代的 Eden 空间、Survivor 空间，或老年代空间。每个 Region 都使用了不连续的大小相同的虚拟内存地址，这是与 CMS 的不同之处。G1 的分区类型（HeapRegionType）大致分为四类：新生代分区包括 Eden 和 Survivor；大对象分区则分为大对象头分区和大对象连续分区；以及专门用于存储大对象的 Humongous Heap Region。

G1 的分区类型和分配策略有助于避免内存碎片，提升垃圾回收效率。此外，G1 引入了卡表（Card Table）技术来优化全堆空间扫描，减少 GC 成本。卡表将堆划分为一个个大小为512字节的卡，并维护一个卡表来存储每张卡的一个标识位，表示是否可能存有指向新生代对象的引用。

G1 收集器还采用了 RSet（Remember Set）和 CSet（Collection Set）来优化垃圾收集过程。RSet 记录了其他 Region 对当前持有 Rset Region 中 Card 的引用，使得垃圾收集器无需扫描整个堆即可找到引用。CSet 则收集需要被回收的 Region，在 GC 过程中，存活数据会被移动到另一个可用分区。CSet 占用堆空间的1%大小，减少内存占用。

三色标记法作为工具辅助推导，将遍历对象图过程中遇到的对象标记成三种颜色：白色、灰色和黑色。标记过程分为三步：将 GC Roots 直接引用的对象挪到灰色集合中，从灰色集合获取对象并将其引用的对象挪到灰色集合中，将本对象挪到黑色集合中。重复步骤，直至灰色集合为空。白色集合中仍存在的对象即为 GC Roots 不可达的对象，可以进行回收。标记过程中，当应用程序线程暂停时，对象间引用关系不会改变，便于标记过程。但在并发标记情况下，可能会发生多标或漏标问题，影响 GC 效率和内存回收。

G1 收集器在执行过程中涉及多个阶段，包括初始标记、并发标记、最终标记、存活对象计数和收尾工作。在初始标记阶段，标记由根直接引用的对象。并发标记阶段扫描标记过的对象，标记新创建的对象为存活对象。最终标记阶段扫描 SATB 本地队列中的对象，确保所有引用关系都被正确标记。最后的收尾工作对共享数据进行操作，可能需要暂停应用程序。

G1 收集器提供了两种垃圾收集模式：完全年轻代 GC（Young GC）和部分年轻代 GC（Mixed GC），用于适应不同的应用需求，实现更高效的内存管理和垃圾回收。