一、關於G1
G1 (Garbage-First)是一款面向服務器的垃圾收集器,主要針對配備多顆處理器及大容量內存的機器. 以極高概率滿足GC停頓時間要求的同時,還具備高吞吐量性能特徵. 在Oracle JDK 7 update 4 及以上版本中得到完全支持, 專爲以下應用程序設計:
- 可以像CMS收集器一樣,GC操作與應用的線程一起併發執行
- 緊湊的空閒內存區間且沒有很長的GC停頓時間.
- 需要可預測的GC暫停耗時.
- 不想犧牲太多吞吐量性能.
- 啓動後不需要請求更大的Java堆.
G1的長期目標是取代CMS(Concurrent Mark-Sweep Collector, 併發標記-清除). 因爲特性的不同使G1成爲比CMS更好的解決方案. 一個區別是,G1是一款壓縮型的收集器.G1通過有效的壓縮完全避免了對細微空閒內存空間的分配,不用依賴於regions，這不僅大大簡化了收集器，而且還消除了潛在的內存碎片問題。除壓縮以外，G1的垃圾收集停頓也比CMS容易估計，也允許用戶自定義所希望的停頓參數(pause targets)。
在G1中，堆被劃分成 許多個連續的區域(region)。每個區域大小相等，在1M~32M之間。JVM最多支持2000個區域，可推算G1能支持的最大內存爲2000*32M=62.5G。區域(region)的大小在JVM初始化的時候決定，也可以用-XX:G1HeapReginSize設置。在G1中沒有物理上的Yong(Eden/Survivor)/Old Generation，它們是邏輯的，使用一些非連續的區域(Region)組成的。這在內存使用上提供了更多的靈活性。
G1執行垃圾回收的處理方式與CMS相似. G1在全局標記階段(global marking phase)併發執行, 以確定堆內存中哪些對象是存活的。標記階段完成後,G1就可以知道哪些heap區的empty空間最大。它會首先回收這些區,通常會得到大量的自由空間. 這也是爲什麼這種垃圾收集方法叫做Garbage-First(垃圾優先)的原因。顧名思義, G1將精力集中放在可能佈滿可收回對象的區域, 可回收對象(reclaimable objects)也就是所謂的垃圾. G1使用暫停預測模型(pause prediction model)來達到用戶定義的目標暫停時間,並根據目標暫停時間來選擇此次進行垃圾回收的heap區域數量.
被G1標記爲適合回收的heap區將使用轉移(evacuation)的方式進行垃圾回收. G1將一個或多個heap區域中的對象拷貝到其他的單個區域中,並在此過程中壓縮和釋放內存. 在多核CPU上轉移是並行執行的(parallel on multi-processors), 這樣能減少停頓時間並增加吞吐量. 因此,每次垃圾收集時, G1都會持續不斷地減少碎片, 並且在用戶給定的暫停時間內執行. 這比以前的方法強大了很多. CMS垃圾收集器(Concurrent Mark Sweep,併發標記清理)不進行壓縮. ParallelOld 垃圾收集只對整個堆執行壓縮,從而導致相當長的暫停時間。
需要強調的是, G1並不是一款實時垃圾收集器(real-time collector). 能以極高的概率在設定的目標暫停時間內完成,但不保證絕對在這個時間內完成。 基於以前收集的各種監控數據, G1會根據用戶指定的目標時間來預估能回收多少個heap區. 因此,收集器有一個相當精確的heap區耗時計算模型,並根據該模型來確定在給定時間內去回收哪些heap區.
注意 G1分爲兩個階段: 併發階段(concurrent, 與應用線程一起運行, 如: 細化 refinement、標記 marking、清理 cleanup) 和 並行階段(parallel, 多線程執行, 如: 停止所有JVM線程, stop the world). 而 FullGC(完整垃圾收集)仍然是單線程的, 但如果進行適當的調優,則應用程序應該能夠避免 full GC。
G1 的內存佔用(Footprint)
如果從 ParallelOldGC 或者 CMS收集器遷移到 G1, 您可能會看到JVM進程佔用更多的內存(a larger JVM process size). 這在很大程度上與 “accounting” 數據結構有關, 如 Remembered Sets 和 Collection Sets.
- Remembered Sets 簡稱 RSets, 跟蹤指向某個heap區內的對象引用. 堆內存中的每個區都有一個 RSet. RSet 使heap區能並行獨立地進行垃圾集合. RSets的總體影響小於5%.
- Collection Sets 簡稱 CSets, 收集集合, 在一次GC中將執行垃圾回收的heap區. GC時在CSet中的所有存活數據(live data)都會被轉移(複製/移動). 集合中的heap區可以是 Eden, survivor, 和/或 old generation. CSets所佔用的JVM內存小於1%.
推薦使用 G1 的場景(Recommended Use Cases)
G1的首要目標是爲需要大量內存的系統提供一個保證GC低延遲的解決方案. 也就是說堆內存在6GB及以上,穩定和可預測的暫停時間小於0.5秒.
如果應用程序具有如下的一個或多個特徵,那麼將垃圾收集器從CMS或ParallelOldGC切換到G1將會大大提升性能.
- Full GC 次數太頻繁或者消耗時間太長.
- 對象分配的頻率或代數提升(promotion)顯著變化.
- 受夠了太長的垃圾回收或內存整理時間(超過0.5~1秒)
注意: 如果正在使用CMS或ParallelOldGC,而應用程序的垃圾收集停頓時間並不長,那麼繼續使用現在的垃圾收集器是個好主意. 使用最新的JDK時並不要求切換到G1收集器。
二、G1 GC
1、新生代收集
G1的新生代收集跟ParNew類似，當新生代佔用達到一定比例的時候，開始出發收集。
被圈起的綠色部分爲新生代的區域(region)，經過Young GC後存活的對象被複制到一個或者多個區域空閒中，這些被填充的區域將是新的新生代；當新生代對象的年齡(逃逸過一次Young GC年齡增加１)已經達到某個閾值(ParNew默認15)，被複制到老年代的區域中。
回收過程是停頓的(STW,Stop-The-Word);回收完成之後根據Young GC的統計信息調整Eden和Survivor的大小，有助於合理利用內存，提高回收效率。回收的過程多個回收線程併發收集。
2、老年代收集
和CMS類似，G1收集器收集老年代對象會有短暫停頓。
- 標記階段，首先初始標記(Initial-Mark),這個階段是停頓的(Stop the World Event)，並且會觸發一次普通Mintor GC。對應GC log:GC pause (young) (inital-mark)
- Root Region Scanning，程序運行過程中會回收survivor區(存活到老年代)，這一過程必須在young GC之前完成。
- Concurrent Marking，在整個堆中進行併發標記(和應用程序併發執行)，此過程可能被young GC中斷。在併發標記階段，若發現區域對象中的所有對象都是垃圾，那個這個區域會被立即回收(圖中打X)。同時，併發標記過程中，會計算每個區域的對象活性(區域中存活對象的比例)。
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- Remark, 再標記，會有短暫停頓(STW)。再標記階段是用來收集 併發標記階段 產生新的垃圾(併發階段和應用程序一同運行)；G1中採用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。
- Copy/Clean up，多線程清除失活對象，會有STW。G1將回收區域的存活對象拷貝到新區域，清除Remember Sets，併發清空回收區域並把它返回到空閒區域鏈表中。
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- 複製/清除過程後。回收區域的活性對象已經被集中回收到深藍色和深綠色區域。
![]()
3、測試收集
代碼如下：
package com.tools138.com;
/**
*
* @author alaric
*
*/
public class Test3 {
private static int n = 20;
/**
* @param args
* @throws InterruptedException
*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// TODO Auto-generated method stub
byte[] b1 = getM(50);
byte[] b2 = getM(50);
byte[] b3 = getM(50);
byte[] b4 = getM(50);
byte[] b5 = getM(50);
byte[] b6 = getM(50);
byte[] b7 = getM(5);
byte[] b8 = getM(5);
byte[] b9 = getM(5);
byte[] b10 = getM(5);
byte[] b11 = getM(5);
byte[] b12 = getM(5);
byte[] b13 = getM(5);
byte[] b14 = getM(5);
byte[] b15 = getM(5);
byte[] b16 = getM(5);
byte[] b17 = getM(5);
byte[] b18 = getM(5);
byte[] b19 = getM(5);
byte[] b20 = getM(100);
byte[] b21 = getM(100);
byte[] b22 = getM(100);
byte[] b23 = getM(100);
}
public static byte[] getM(int m) {
return new byte[1024 * 1024 * m];
}
}
vm參數配置如下：
-server -verbose:gc -Xms512m -Xmx512m -Xmn192m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=40 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:G1HeapRegionSize=2 -Xloggc:D:/logs/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:/logs/HeapDumpOnOutOfMemoryError.log -XX:+DisableExplicitGC -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps
代碼和參數配置的意思是直接讓堆內存溢出，可以直接觀察到G1 GC的收集過程，gc.log如下：
三、垃圾收集器配置參數：
| Option and Default Value | Description |
|---|---|
| -XX:+UseG1GC | Use the Garbage First (G1) Collector |
| -XX:MaxGCPauseMillis=n | Sets a target for the maximum GC pause time. This is a soft goal, and the JVM will make its best effort to achieve it. |
| -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n | Percentage of the (entire) heap occupancy to start a concurrent GC cycle. It is used by GCs that trigger a concurrent GC cycle based on the occupancy of the entire heap, not just one of the generations (e.g., G1). A value of 0 denotes 'do constant GC cycles'. The default value is 45. |
| -XX:NewRatio=n | Ratio of old/new generation sizes. The default value is 2. |
| -XX:SurvivorRatio=n | Ratio of eden/survivor space size. The default value is 8. |
| -XX:MaxTenuringThreshold=n | Maximum value for tenuring threshold. The default value is 15. |
| -XX:ParallelGCThreads=n | Sets the number of threads used during parallel phases of the garbage collectors. The default value varies with the platform on which the JVM is running. |
| -XX:ConcGCThreads=n | Number of threads concurrent garbage collectors will use. The default value varies with the platform on which the JVM is running. |
| -XX:G1ReservePercent=n | Sets the amount of heap that is reserved as a false ceiling to reduce the possibility of promotion failure. The default value is 10. |
| -XX:G1HeapRegionSize=n | With G1 the Java heap is subdivided into uniformly sized regions. This sets the size of the individual sub-divisions. The default value of this parameter is determined ergonomically based upon heap size. The minimum value is 1Mb and the maximum value is 32Mb. |