瞭解如何針對評估、分析和性能來調整和調優 G1 GC。
垃圾優先型垃圾回收器 (G1 GC) 是適用於 Java HotSpot VM 的低暫停、服務器風格的分代式垃圾回收器。G1 GC 使用併發和並行階段實現其目標暫停時間，並保持良好的吞吐量。當 G1 GC 確定有必要進行垃圾回收時，它會先收集存活數據最少的區域（垃圾優先）。
垃圾回收器 (GC) 是一個內存管理工具。G1 GC 通過以下操作實現自動內存管理：
將對象分配給年輕代，並將老化對象晉升到老年代。
通過併發（並行）標記階段，查找老年代中的存活對象。當總的 Java 堆佔用率超過默認的閾值時，Java HotSpot VM 將觸發標記階段。
通過並行複製壓縮存活對象，恢復空閒內存。
現在，我們來看看如何針對評估、分析和性能來調整和調優 G1 GC。我們假定您對 Java 垃圾回收有基本的瞭解。
G1 GC 是區域化、分代式垃圾回收器，這意味着 Java 對象堆（堆）被劃分成大小相同的若干區域。啓動時，Java 虛擬機 (JVM) 會設置區域大小。區域大小從 1 MB 到 32 MB 不等，具體取決於堆大小。目標是產生不超過 2048 個區域。Eden、存活空間和老年代是一系列不連續的邏輯區域。
G1 GC 有一個力求達到的暫停時間目標（軟實時）。在年輕代回收期間，G1 GC 會調整其年輕代空間（eden 和存活空間大小）以滿足軟實時目標。在混合回收期間，G1 GC 會根據混合垃圾回收的目標次數調整所回收的舊區域數量，並調整堆的每個區域中存活對象的百分比，以及總體可接受的堆廢物百分比。
G1 GC 將一組或多組區域（稱爲回收集 (CSet)）中的存活對象以增量、並行的方式複製到不同的新區域來實現壓縮，從而減少堆碎片。目標是從可回收空間最多的區域開始，儘可能回收更多的堆空間，同時儘可能不超出暫停時間目標（垃圾優先）。
G1 GC 使用獨立的記憶集 (RSet) 跟蹤對區域的引用。獨立的 RSet 可以並行、獨立地回收區域，因爲只需要對區域（而不是整個堆）的 RSet 進行區域引用掃描。G1 GC 使用後寫屏障記錄堆的更改和更新 RSet。
垃圾回收階段
除了構成停頓 (STW) 年輕代和混合垃圾回收的疏散暫停（如下所述），G1 GC 還具有並行、併發和多階段標記週期。G1 GC 使用初始快照 (SATB) 算法，在標記週期之初爲堆中的存活對象集創建快照。存活對象集包括快照中的存活對象，以及標記週期開始以來所分配的對象。G1 GC 標記算法使用預寫屏障記錄和標記作爲邏輯快照一部分的對象。
年輕代垃圾回收
G1 GC 可滿足來自被添加到 eden 區域集的區域的大多數分配請求。在年輕代垃圾回收期間，G1 GC 會同時回收 eden 區域和上次垃圾回收的存活區域。Eden 和存活區的存活對象將被複制或疏散到新的區域集。特定對象的目標區域取決於對象的年齡；足夠老的對象疏散到老年代區域（也就晉級）；否則疏散到存活區，並將包含在下一次年輕代或混合垃圾回收的 CSet 中。
混合垃圾回收
成功完成併發標記週期後，G1 GC 從執行年輕代垃圾回收切換爲執行混合垃圾回收。在混合垃圾回收期間，G1 GC 可以將一些舊的區域添加到 eden 和存活區供將來回收。所添加舊區域的確切數量由一系列標誌控制。關於標誌的信息，將在後面討論（請參見“掌握混合垃圾回收”）。G1 GC 回收了足夠的舊區域後（經過多次混合垃圾回收），G1 將恢復執行年輕代垃圾回收，直到下一個標記週期完成。
標記週期的各個階段
標記週期包括以下幾個階段：
初始標記階段：在此階段，G1 GC 對根進行標記。該階段與常規的 (STW) 年輕代垃圾回收密切相關。
根區域掃描階段：G1 GC 在初始標記的存活區掃描對老年代的引用，並標記被引用的對象。該階段與應用程序（非 STW）同時運行，並且只有完成該階段後，才能開始下一次 STW 年輕代垃圾回收。
併發標記階段：G1 GC 在整個堆中查找可訪問的（存活的）對象。該階段與應用程序同時運行，可以被 STW 年輕代垃圾回收中斷。
重新標記階段：該階段是 STW 回收，幫助完成標記週期。G1 GC 清空 SATB 緩衝區，跟蹤未被訪問的存活對象，並執行引用處理。
清理階段：在這個最後階段，G1 GC 執行統計和 RSet 淨化的 STW 操作。在統計期間，G1 GC 會識別完全空閒的區域和可供進行混合垃圾回收的區域。清理階段在將空白區域重置並返回到空閒列表時爲部分併發。
重要的默認值
G1 GC 是自適應的垃圾回收器，提供了若干默認設置，使其無需修改即可高效地工作。以下是重要選項及其默認值的列表。此列表適用於最新的 Java HotSpot VM build 24。您可以通過在 JVM 命令行輸入下列選項和已更改的設置，根據您的應用程序性能需求調整和調優 G1 GC。
-XX:G1HeapRegionSize=n
設置的 G1 區域的大小。值是 2 的冪，範圍是 1 MB 到 32 MB 之間。目標是根據最小的 Java 堆大小劃分出約 2048 個區域。
-XX:MaxGCPauseMillis=200
爲所需的最長暫停時間設置目標值。默認值是 200 毫秒。指定的值不適用於您的堆大小。
-XX:G1NewSizePercent=5
設置要用作年輕代大小最小值的堆百分比。默認值是 Java 堆的 5%。這是一個實驗性的標誌。有關示例，請參見“如何解鎖實驗性虛擬機標誌”。此設置取代了 -XX:DefaultMinNewGenPercent 設置。Java HotSpot VM build 23 中沒有此設置。
-XX:G1MaxNewSizePercent=60
設置要用作年輕代大小最大值的堆大小百分比。默認值是 Java 堆的 60%。這是一個實驗性的標誌。有關示例，請參見“如何解鎖實驗性虛擬機標誌”。此設置取代了 -XX:DefaultMaxNewGenPercent 設置。Java HotSpot VM build 23 中沒有此設置。
-XX:ParallelGCThreads=n
設置 STW 工作線程數的值。將 n 的值設置爲邏輯處理器的數量。n 的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 的值設置爲邏輯處理器數的 5/8 左右。這適用於大多數情況，除非是較大的 SPARC 系統，其中 n 的值可以是邏輯處理器數的 5/16 左右。
-XX:ConcGCThreads=n
設置並行標記的線程數。將 n 設置爲並行垃圾回收線程數 (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。默認佔用率是整個 Java 堆的 45%。
-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%。這是一個實驗性的標誌。有關示例，請參見“如何解鎖實驗性虛擬機標誌”。此設置取代了 -XX:G1OldCSetRegionLiveThresholdPercent 設置。Java HotSpot VM build 23 中沒有此設置。
-XX:G1HeapWastePercent=10
設置您願意浪費的堆百分比。如果可回收百分比小於堆廢物百分比，Java HotSpot VM 不會啓動混合垃圾回收週期。默認值是 10%。Java HotSpot VM build 23 中沒有此設置。
-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。默認值是 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。Java HotSpot VM build 23 中沒有此設置。
-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%。Java HotSpot VM build 23 中沒有此設置。
-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。Java HotSpot VM build 23 中沒有此設置。
如何解鎖實驗性虛擬機標誌
要更改實驗性標誌的值，必須先對其解鎖。解鎖方法是：在命令行中的實驗性標誌前，顯式地設置 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions。例如：
java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:G1NewSizePercent=10 -XX:G1MaxNewSizePercent=75 G1test.jar
建議
評估和微調 G1 GC 時，請記住以下建議：
年輕代大小：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覆蓋暫停時間目標。
暫停時間目標：每當對垃圾回收進行評估或調優時，都會涉及到延遲與吞吐量的權衡。G1 GC 是增量垃圾回收器，暫停統一，同時應用程序線程的開銷也更多。G1 GC 的吞吐量目標是 90% 的應用程序時間和 10%的垃圾回收時間。如果將其與 Java HotSpot VM 的吞吐量回收器相比較，目標則是 99% 的應用程序時間和 1% 的垃圾回收時間。因此，當您評估 G1 GC 的吞吐量時，暫停時間目標不要太嚴苛。目標太過嚴苛表示您願意承受更多的垃圾回收開銷，而這會直接影響到吞吐量。當您評估 G1 GC 的延遲時，請設置所需的（軟）實時目標，G1 GC 會盡量滿足。副作用是，吞吐量可能會受到影響。
掌握混合垃圾回收：當您調優混合垃圾回收時，請嘗試以下選項。有關這些選項的信息，請參見“重要的默認值”：
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent
用於更改標記閾值。
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent 和 -XX:G1HeapWastePercent
當您想要更改混合垃圾回收決定時。
-XX:G1MixedGCCountTarget 和 -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent
當您想要調整舊區域的 CSet 時。
有關溢出和用盡的日誌消息
當您在日誌中看到目標空間溢出/用盡的消息時，意味着 G1 GC 沒有足夠的內存，供存活者和/或晉升對象使用。Java 堆不能擴展，因爲已達到最大值。示例消息：
924.897: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (mixed) (to-space exhausted), 0.1957310 secs]
或
924.897:[GC pause (G1 Evacuation Pause) (mixed) (to-space overflow), 0.1957310 secs]
要緩解此問題，請嘗試以下調整：
增加 -XX:G1ReservePercent 選項的值（並相應增加總的堆大小），爲“目標空間”增加預留內存量。
通過減少 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 提前啓動標記週期。
您也可以通過增加 -XX:ConcGCThreads 選項的值來增加並行標記線程的數目。
有關這些選項的描述，請參見“重要的默認值”。
巨型對象和巨型分配
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。
在分配任何巨型區域之前，會檢查標記閾值，如有必要，還會啓動一個併發週期。
在清理階段或完整的垃圾回收週期內，標記週期結束時會清理死亡的巨型對象。
爲了減少複製開銷，巨型對象未包括在疏散暫停中。完整的垃圾回收週期會對巨型對象進行壓縮。
由於每個 StartsHumongous 和 ContinuesHumongous 區域集只包含一個巨型對象，所以沒有使用巨型對象的終點與上個區域的終點之間的空間（即巨型對象所跨的空間）。如果對象只是略大於堆區域大小的倍數，則此類未使用的空間可能會導致堆碎片化。
如果巨型分配導致連續的併發週期，並且此類分配導致老年代碎片化，請增加 -XX:G1HeapRegionSize，這樣一來，之前的巨型對象就不再是巨型對象了，而是採用常規的分配路徑。
總結
G1 GC 是區域化、並行-併發、增量式垃圾回收器，相比其他 HotSpot 垃圾回收器，可提供更多可預測的暫停。增量的特性使 G1 GC 適用於更大的堆，在最壞的情況下仍能提供不錯的響應。G1 GC 的自適應特性使 JVM 命令行只需要軟實時暫停時間目標的最大值以及 Java 堆大小的最大值和最小值，即可開始工作。
轉載自http://www.oracle.com/technetwork/cn/articles/java/g1gc-1984535-zhs.html