序
本文主要研究下JEP 248: Make G1 the Default Garbage Collector
默認垃圾收集器
java9廢棄了CMS垃圾收集器，並把G1提升爲默認垃圾收集器，替代了原來的吞吐優先的ParallelOldGC
Region
G1相對於之前的垃圾收集器最大的不同是引入了Region。G1雖然也是基於分代機制，但是各個generation的空間不再連續，如下圖：
可以用-XX:G1HeapRegionSize=16m來指定Region Size，注意它必須是2的乘方，範圍在1MB到32MB之間。目標是根據最小的Java堆大小劃分出約2048 個區域.
Humongous Object/ Humongous區域
- 對於G1 GC，任何超過區域一半大小的對象都被視爲“巨型對象”。
- 此類對象直接被分配到老年代中的“巨型區域”。
- 這些巨型區域是一個連續的區域集。StartsHumongous 標記該連續集的開始，ContinuesHumongous 標記它的延續。巨型對象默認直接會被分配在年老代，但是如果它是一個短期存在的巨型對象，就會對垃圾收集器造成負面影響。爲了解決這個問題，G1劃分了一個Humongous區，它用來專門存放巨型對象。如果一個H區裝不下一個巨型對象，那麼G1會尋找連續的H分區來存儲。爲了能找到連續的H區，有時候不得不啓動Full GC。
GC事件及觸發
GC event
- Minor GC event正常的young gc
- Mixed GC eventMinor GC + (# reclaimable Tenured regions / -XX:G1MixedGCCountTarget) regions of Tenured
- Full GC eventAll regions evacuated，通常Humongous object太多會耗盡空間，導致Full GC
- Minor/Mixed + To-space exhaustionMinor/Mixed + rollback + Full GC
觸發時機
- Eden滿/空間不夠
- 剩餘空間不夠容納一個Humongous object
- Humongous object分配成功，同時符合一些GC條件
- 外部命令觸發(jcmd, jmap, Runtime.gc())
G1 GC分類
主要分爲：Minor GC，Mixed/Old GC
Minor GC/Young GC(STW)
Young GC主要是對Eden區進行GC，它在Eden空間不夠時會被觸發。Eden空間的數據移動到Survivor空間中，如果Survivor空間不夠，Eden空間的部分數據會直接晉升到年老代空間。From Survivor區的數據移動到To Survivor區中，也有部分數據晉升到老年代空間中。
其階段主要如下：
階段 | 執行動作 |
|---|---|
階段1 根掃描 | 靜態和本地對象被掃描 |
階段2 更新RS | 處理dirty card隊列更新RS |
階段3 處理RS | 檢測從年輕代指向年老代的對象 |
階段4 對象拷貝 | 拷貝存活的對象到survivor/old區域 |
階段5 處理引用隊列 | 軟引用，弱引用，虛引用處理 |
Mixed/Old GC(STW)
主要是對年老代進行併發標記然後進行GC，其中部分階段涉及到ygc，同時既有ygc及old gc的部分稱爲mixed gc。
併發標記週期(Concurrent Marking Cycle Phases)
核心的階段主要是Concurrent Marking Phase、Remark Phase、Copying/Cleanup Phase
相關參數
參數 | 含義 |
|---|---|
-XX:G1HeapRegionSize=n | 設置Region大小，並非最終值 |
-XX:MaxGCPauseMillis=200 | 設置G1收集過程目標時間，默認值200ms，不是硬性條件 |
-XX:G1NewSizePercent=5 | 新生代最小值，默認值5% |
-XX:G1MaxNewSizePercent=60 | 新生代最大值，默認值60% |
-XX:ParallelGCThreads=n | STW期間，並行GC線程數，其值與邏輯處理器的數量相同，最多爲8。如果邏輯處理器不止八個，則將n爲邏輯處理器數的5/8 |
-XX:ConcGCThreads=n | 併發標記階段的並行標記線程數，ParallelGCThreads的 1/4 左右 |
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 | 設置觸發標記週期的Java堆佔用率閾值。默認值是45%。這裏的java堆佔比指的是non_young_capacity_bytes，包括old+humongous |
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=65 | 爲混合垃圾回收週期中要包括的舊區域設置佔用率閾值。默認佔用率爲 65% |
-XX:G1HeapWastePercent=10 | 如果可回收百分比小於此值，JVM不會啓動混合垃圾回收週期。默認值是10% |
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=10 | 設置混合垃圾回收期間要回收的最大舊區域數。默認值是Java堆的10% |
-XX:G1MixedGCCountTarget=8 | 設置標記週期完成後，對存活數據上限爲 G1MixedGCLIveThresholdPercent 的舊區域執行混合垃圾回收的目標次數。默認8次混合垃圾回收，混合回收的目標是要控制在此目標次數以內 |
-XX:G1ReservePercent=10 | 設置作爲空閒空間的預留內存百分比，以降低目標空間溢出的風險。默認值是10%。增加或減少百分比時，請確保對總的Java 堆調整相同的量 |
避免使用-Xmn選項或-XX:NewRatio等其他相關選項顯式設置年輕代大小，固定年輕代的大小會禁用掉暫停時間(MaxGCPauseMillis)目標。
GC日誌實例
簡版使用-Xlog:gc=info，詳細版使用-Xlog:gc*=info
ygc
- 簡版 [0.317s][info][gc] GC(37) Pause Young (G1 Evacuation Pause) 7M->6M(10M) 0.511ms [0.324s][info][gc] GC(40) Pause Young (G1 Evacuation Pause) 7M->6M(10M) 0.709ms
- 詳細版 [0.011s][info][gc,heap] Heap region size: 1M [0.012s][info][gc ] Using G1 [0.012s][info][gc,heap,coops] Heap address: 0x00000007bf600000, size: 10 MB, Compressed Oops mode: Zero based, Oop shift amount: 3 [0.170s][info][gc,start ] GC(0) Pause Young (G1 Evacuation Pause) [0.170s][info][gc,task ] GC(0) Using 8 workers of 8 for evacuation [0.172s][info][gc,phases ] GC(0) Pre Evacuate Collection Set: 0.0ms [0.172s][info][gc,phases ] GC(0) Evacuate Collection Set: 1.5ms [0.172s][info][gc,phases ] GC(0) Post Evacuate Collection Set: 0.1ms [0.172s][info][gc,phases ] GC(0) Other: 0.1ms [0.172s][info][gc,heap ] GC(0) Eden regions: 4->0(2) [0.172s][info][gc,heap ] GC(0) Survivor regions: 0->1(1) [0.172s][info][gc,heap ] GC(0) Old regions: 0->1 [0.172s][info][gc,heap ] GC(0) Humongous regions: 0->0 [0.172s][info][gc,metaspace ] GC(0) Metaspace: 5982K->5982K(1056768K) [0.172s][info][gc ] GC(0) Pause Young (G1 Evacuation Pause) 4M->1M(10M) 1.718ms [0.172s][info][gc,cpu ] GC(0) User=0.01s Sys=0.00s Real=0.00s
old gc
- 簡版 [0.321s][info][gc] GC(38) Pause Initial Mark (G1 Evacuation Pause) 7M->6M(10M) 0.601ms [0.321s][info][gc] GC(39) Concurrent Cycle [0.324s][info][gc] GC(40) Pause Young (G1 Evacuation Pause) 7M->6M(10M) 0.709ms [0.326s][info][gc] GC(39) Pause Remark 7M->7M(10M) 0.623ms [0.326s][info][gc] GC(39) Pause Cleanup 7M->7M(10M) 0.104ms [0.326s][info][gc] GC(39) Concurrent Cycle 5.398ms [0.327s][info][gc] GC(41) Pause Young (G1 Evacuation Pause) 7M->6M(10M) 0.512ms [0.331s][info][gc] GC(42) To-space exhausted [0.331s][info][gc] GC(42) Pause Mixed (G1 Evacuation Pause) 7M->7M(10M) 1.190ms [0.334s][info][gc] GC(43) Pause Initial Mark (G1 Evacuation Pause) 8M->7M(10M) 0.637ms [0.334s][info][gc] GC(44) Concurrent Cycle [0.338s][info][gc] GC(45) Pause Young (G1 Evacuation Pause) 8M->7M(10M) 0.553ms [0.340s][info][gc] GC(44) Pause Remark 8M->8M(10M) 0.582ms [0.341s][info][gc] GC(44) Pause Cleanup 8M->8M(10M) 0.100ms [0.341s][info][gc] GC(44) Concurrent Cycle 6.195ms
- 詳細版 [0.942s][info][gc,start ] GC(192) Pause Initial Mark (G1 Evacuation Pause) [0.942s][info][gc,task ] GC(192) Using 8 workers of 8 for evacuation [0.942s][info][gc,phases ] GC(192) Pre Evacuate Collection Set: 0.0ms [0.942s][info][gc,phases ] GC(192) Evacuate Collection Set: 0.4ms [0.942s][info][gc,phases ] GC(192) Post Evacuate Collection Set: 0.0ms [0.942s][info][gc,phases ] GC(192) Other: 0.0ms [0.942s][info][gc,heap ] GC(192) Eden regions: 0->0(1) [0.942s][info][gc,heap ] GC(192) Survivor regions: 0->0(1) [0.942s][info][gc,heap ] GC(192) Old regions: 10->10 [0.942s][info][gc,heap ] GC(192) Humongous regions: 0->0 [0.942s][info][gc,metaspace ] GC(192) Metaspace: 5993K->5993K(1056768K) [0.942s][info][gc ] GC(192) Pause Initial Mark (G1 Evacuation Pause) 9M->9M(10M) 0.530ms [0.942s][info][gc,cpu ] GC(192) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s [0.942s][info][gc ] GC(193) Concurrent Cycle [0.942s][info][gc,marking ] GC(193) Concurrent Clear Claimed Marks [0.942s][info][gc,marking ] GC(193) Concurrent Clear Claimed Marks 0.004ms [0.942s][info][gc,marking ] GC(193) Concurrent Scan Root Regions [0.942s][info][gc,marking ] GC(193) Concurrent Scan Root Regions 0.003ms [0.942s][info][gc,marking ] GC(193) Concurrent Mark (0.942s) [0.942s][info][gc,marking ] GC(193) Concurrent Mark From Roots [0.942s][info][gc,task ] GC(193) Using 2 workers of 2 for marking [0.942s][info][gc,start ] GC(194) Pause Full (Allocation Failure) [0.943s][info][gc,phases,start] GC(194) Phase 1: Mark live objects [0.946s][info][gc,stringtable ] GC(194) Cleaned string and symbol table, strings: 3222 processed, 0 removed, symbols: 25923 processed, 0 removed [0.946s][info][gc,phases ] GC(194) Phase 1: Mark live objects 3.168ms [0.946s][info][gc,phases,start] GC(194) Phase 2: Compute new object addresses [0.946s][info][gc,phases ] GC(194) Phase 2: Compute new object addresses 0.418ms [0.946s][info][gc,phases,start] GC(194) Phase 3: Adjust pointers [0.949s][info][gc,phases ] GC(194) Phase 3: Adjust pointers 2.706ms [0.949s][info][gc,phases,start] GC(194) Phase 4: Move objects [0.949s][info][gc,phases ] GC(194) Phase 4: Move objects 0.005ms [0.949s][info][gc,task ] GC(194) Using 8 workers of 8 to rebuild remembered set [0.951s][info][gc,heap ] GC(194) Eden regions: 0->0(1) [0.951s][info][gc,heap ] GC(194) Survivor regions: 0->0(1) [0.951s][info][gc,heap ] GC(194) Old regions: 10->10 [0.951s][info][gc,heap ] GC(194) Humongous regions: 0->0 [0.951s][info][gc,metaspace ] GC(194) Metaspace: 5993K->5993K(1056768K) [0.951s][info][gc ] GC(194) Pause Full (Allocation Failure) 9M->9M(10M) 8.955ms [0.951s][info][gc,cpu ] GC(194) User=0.01s Sys=0.00s Real=0.01s
小結
G1收集器博大精深，有待進一步實踐進行深入理解研究。
doc
- JDK 9 features
- JEP 248: Make G1 the Default Garbage Collector
- JEP 291: Deprecate the Concurrent Mark Sweep (CMS) Garbage Collector
- JEP 278: Additional Tests for Humongous Objects in G1
- Getting Started with the G1 Garbage Collector
- G1GC Fundamentals: Lessons from Taming Garbage Collection
- 垃圾優先型垃圾回收器調優
- 深入理解 Java G1 垃圾收集器
- Java 9中的GC調優基礎
- Java Hotspot G1 GC的一些關鍵技術
- Garbage First G1收集器 理解和原理分析
- Tuning Java Garbage Collection for Apache Spark Applications