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之前我們聊過 CMS 回收器，但那時候我們說 CMS 回收器已經落伍了，現在應該是用 G1 回收器的時候了。那么 G1 回收器到底有什么魔力，它比 CMS 回收器相比強在哪里呢？今天，就讓樹哥帶大家盤一盤！
文章思維導圖
G1 回收器的歷史
G1（Garbage-First）回收器早在 JDK1.7 的時候就確定要做，但直到 JDK7u4 的時候才正式推出使用。等到了 JDK9 之后變成了默認的垃圾回收器，同時廢棄了 CMS 回收器。
G1 回收器特性
G1 回收器是一款面向服務端應用的垃圾回收器，它的長期使命是替換 CMS 回收器。G1 回收器于 CMS 回收器相比，它們有相似的地方，例如：都是關注 GC 停頓時間的回收器，都采用了分代回收的思想。
但從整體的實現上來看，G1 回收器做了非常多的改進，可以說是對 CMS 回收器的全面改進。相對于 CMS 回收器來說，G1 回收器有下面幾個不同的地方：
- 采用化整為零的分區(qū)思想
- 采用標記 - 整理的垃圾回收算法
- 可預測的 GC 停頓時間
分區(qū)思想
對于 CMS 及之前的回收器來說，其 JVM 內存空間按照分代的思路劃分成物理連續(xù)的一大片區(qū)域，如下圖所示。
但在 G1 回收器中，雖然也采用了分代的思路，但其并沒有為其分配一塊連續(xù)的內存，而是將整塊內存化整為零拆分成一個個 Region，如下圖所示。
正如上圖所示，G1 回收器不再為年輕代和老年代劃分大塊的內存，而是劃分成了一個個的 Region，每個 Region 被標記成年輕代或者老年代。在 G1 中，還多了一個 Humongous 區(qū)域，其是為了優(yōu)化大對象的分配而誕生的。
G1 回收器化整為零的 Region 設計思想，是 G1 回收器比 CMS 回收器強大的核心。 通過將大塊的內存化整為零，G1 回收器能夠更加靈活地控制 GC 停頓時間，并且也解決了 CMS 回收器存在的內存碎片問題以及大內存下的長 GC 停頓時間問題。
標記 - 整理算法
G1 回收器與 CMS 回收器的另一個很大的區(qū)別是：G1 回收器使用的是「標記 - 整理」算法，而 CMS 回收器使用的是「標記 - 清除」算法。 因此，CMS 回收器會產生非常多的內存碎片，而 G1 回收器則沒有這個困擾。
有些小伙伴會問：那為什么 CMS 回收器不用「標記 - 整理」算法呢？
很簡單，因為 CMS 回收器的老年代很大，使用「標記 - 整理」算法需要耗費很長的 GC 停頓時間，這會導致接口響應時間變長。實際上 CMS 回收器后續(xù)提供了 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 參數去實現內存壓縮，但在內存壓縮的時候 GC 停頓時間會很長，從而導致接口響應時間變長。
好奇寶寶又問了：G1 回收器也用的是「標記 - 整理」算法，為啥就不會導致長 GC 停頓時間呢？
很簡單，因為 G1 回收器使用了分 Region 的思想，其將大塊的內存化整為零成為 Region。此外，其還維護了一個待回收 Region 列表，可以選擇回收性價比最高的 Region 進行回收，從而實現對 GC 停頓時間的靈活控制。
看到了么，G1 回收器化整為零的 Region 設計思想，真的是 G1 回收器的大殺器！
可預測的停頓時間
G1 回收器對于 CMS 而言還有一個很大的優(yōu)勢，即能建立可預測的停頓時間模型，能讓使用者明確指定在一個長度為 M 毫秒的時間片段內，消耗在垃圾收集上的時間不得超過 N 毫秒。對于該特性現在還用得比較少，大家了解一下就可以了。
垃圾回收過程
比起 CMS 回收器來說，G1 回收器的垃圾回收過程就比較特別了，其采用了「年輕代收集」和「混合收集」兩種垃圾回收方式。
年輕代收集
在應用剛剛啟動的時候，流量慢慢進來，JVM 開始生成對象。G1 會選擇一個分區(qū)并指定 eden 分區(qū)，當這塊分區(qū)用滿之后，G1 會選一個新的分區(qū)作為 eden 分區(qū)。這個操作會一直進行下去，一直到達到 eden 分區(qū)的上限，接著觸發(fā)一次年輕代收集。
年代收集采用的是「復制算法」，其首先使用單 eden、雙 survivor 遷移存活對象。在遷移過程中，會根據對象年齡以及其他特性，將對象晉升到老年代分區(qū)中，原有的年輕代分區(qū)會被整個回收掉。這個過程涉及到的規(guī)則和 CMS 回收器類似，只是 G1 回收器將內存化整為零了而已。
混合收集
隨著時間推移，越來越多的對象晉升到老年代中。當老年代占比（占 Java 堆內存的比例）達到 InitiatingHeapOccupancyPercent 參數之后，JVM 便會觸發(fā)「混合收集」進行垃圾收集。要注意的是：混合收集會收集年輕代和部分老年代的內存，其并不等同于 Full GC。Full GC 會回收整個老年代內存。
對于混合收集方式來說，其收集過程可以分為 4 個階段：
- 初始標記
- 并發(fā)標記
- 最終標記
- 篩選回收
初始標記。 該階段與 CMS 回收器一樣，都只是簡單標記一下 GC Roots 能直接關聯到的對象，讓后續(xù) GC 回收線程能與用戶線程并發(fā)執(zhí)行。初始標記階段是需要「Stop the World」的。
并發(fā)標記。 該階段與 CMS 回收器一樣，它從 GC Root 開始對堆中對象進行可達性分析，找出存活的對象，這階段耗時很長，但可與用戶程序并發(fā)執(zhí)行，不需要「Stop the World」。
最終標記。 該階段與 CMS 回收器一樣，它是為了修正在并發(fā)標記期間因用戶程序繼續(xù)運作而導致引用發(fā)生變化的問題。只是 G1 回收器采用了不同的方式去實現，在這個階段是需要「Stop the World」的。
篩選回收。 該階段與 CMS 回收器的并發(fā)清除一樣，它是去將標記為垃圾的對象清除掉。只是對于 G1 回收器來說，它會維護各個 Region 的回收價值和成本，隨后根據用戶期望的 GC 停頓時間來指定回收計劃。
來自《深入理解 Java 虛擬機》
整體看下來，我們會發(fā)現 G1 回收器的混合收集過程與 CMS 回收器非常類似，都經歷初始標記、并發(fā)標記、最終標記、篩選回收（并發(fā)清除）幾個階段。
總結
從 JDK7 正式推出到 JDK9 成為默認的垃圾收集器，G1 回收器用了兩代人的時間打敗了 CMS 回收器。
從 G1 回收器的實現來看，其開創(chuàng)性的化整為零的 Region 設計思想，無疑是其打敗 CMS 回收器的秘訣。通過該設計思想，G1 回收器得以更加靈活地控制 GC 停頓時間，同時也可以實現更加高效、復雜的功能，例如：根據回收空間和耗時選擇最佳的回收 Region、預測 GC 停頓時間等。
參考資料
- 名字解釋不錯！VIP！搞懂 G1 垃圾收集器 - GrimMjx - 博客園
- 關于 GC 過程，寫得不錯！VIP！Java Hotspot G1 GC 的一些關鍵技術 - 美團技術團隊
- 08 大廠面試題：有了 G1 還需要其他垃圾回收器嗎？.md
- 官方資料！VIP！Garbage First Garbage Collector Tuning | Oracle 中國
- 官方資料！VIP！垃圾回收期的推薦使用場景！Java HotSpot Garbage Collection
- 還行！VIP！5 張圖帶你徹底理解 G1 垃圾收集器 - .COM
- G1 垃圾收集器詳解 - 掘金
- 深入理解 Java 虛擬機系列 --12 垃圾回收篇 03 -- 常用的垃圾回收器詳解 - 掘金
- 深入理解 JAVA 垃圾收集器 CMS,G1 工作流程原理 - 掘金
- GC - Java 垃圾回收器之 G1 詳解 | Java 全棧知識體系
- VIP！有美團的具體實踐！GC - Java 垃圾回收器之 ZGC 詳解 | Java 全棧知識體系
- 《深入理解 Java 虛擬機》
- CMS 垃圾回收器存在的問題及解決方案 - 代碼先鋒網?
網頁題目：這三大特性，讓G1取代了CMS！
網站鏈接：http://m.5511xx.com/article/cdicpoc.html
