JVM Garbage First 垃圾回收器

JVM Garbage First 垃圾回收器

定義：Garbage First

• 2004論文發佈
• 2009 JDK 6u14 體驗
• 2012 JDK 7u4 官方支持
• 2017 JDK 9 默認

使用場景：

• 同時注重吞吐量（Throughput）和低延遲（Low latency），默認的暫停目標是200 ms
• 超大堆內存，會將堆劃分爲多個大小相等的Region
• 整體上是標記+整理算法，兩個區域之間是複製算法

相關JVM參數

-XX:+UseG1GC

-XX:G1HeapRegionSize=size：堆內存Region大小

-XX:MaxGCPauseMillis=time：暫停目標時間

1、Young Collection

會發生 STW（Stop The World）

• 初始階段，新生成的對象會進入伊甸園

• 在發生垃圾回收時，伊旬園中的未被回收的對象會進入倖存區

• 再次發生垃圾回收時，伊旬園中的未被回收的新對象會複製到一個新的倖存區（Region塊），並將舊倖存區中達到指定閾值的對象複製到老年代，沒有被回收且沒有達到閾值的對象複製到新的倖存區

2、Young Collection + CM

• 在 Young GC 會進行 GC Root 的初始標記
• 老年代佔用堆空間比例達到閾值時，進行併發標記（不會 STW），由下面的 JVM 參數決定

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=percent （默認爲45%)

3、Mixed Collection

會對伊甸園、倖存區、老年代進行全面的垃圾回收

• 最終標記（Remark）會發生 STW
• 拷貝存貨（Evacuation）會發生 STW

-XX:MaxGCPauseMillis=ms

在此階段伊甸園中的未被回收的對象會複製到倖存區中，同時倖存區中也會進行垃圾回收，將倖存區中未被回收的對象複製到新的倖存區中，壽命到達指定閾值的對象複製到老年代中。在回收老年代時也是同樣使用複製算法，並根據設置的最大暫停時間，優先回收其中回收價值最高的部分老年代中的對象。

4、Full GC

• Serial GC
  • 新生代內存不足發生的垃圾回收：Minor GC
  • 老年代內存不足發生的垃圾回收：Full GC
• Parallel GC
  • 新生代內存不足發生的垃圾回收：Minor GC
  • 老年代內存不足發生的垃圾回收：Full GC
• CMS
  • 新生代內存不足發生的垃圾回收：Minor GC
  • 到老年代所佔空間達到設置的閾值時，會觸發併發標記後混合回收，當併發垃圾回收失敗時就會發生Full GC
• G1
  • 新生代內存不足發生的垃圾回收：Minor GC
  • 到老年代所佔空間達到設置的閾值時，會觸發併發標記後混合回收，此時，垃圾回收的速度小於垃圾產生的速度時，就會發生Full GC

5、Young Collection 跨帶引用

• 新生代回收的跨代引用（老年代引用新生代）

• 在新生代中進行垃圾回收時，要找到根對象（GC Root）進行可達性分析，而部分新生代中對象的根對象（GC Root）時在老年代中的。而遍歷老年代查找根對象效率較低，因此使用卡表（Card Table）將老年代細分爲卡（Card）組成的卡表（Card Table），當老年代中的對象引用了新生代中的對象，則會把老年代中對應的卡（Card）標記爲髒卡（Dirty Card）。此時，在老年代中的對象引用新生代中的對象後，進行垃圾回收時就不必遍歷整個老年代，提升垃圾回收的效率。

• 在新生代對象中有一個Remembered Set，記錄着老年代中引用此新生代對象的髒卡（Dirty Card），在進行垃圾回收時就可以通過Remembered Set找到對應的髒卡（Dirty Card），然後通過髒卡（Dirty Card）遍歷根對象（GC Root）。

• 在對象引用變更時通過寫後屏障（Post-Write Barrier）和髒卡隊列（Dirty Card Queue）

• Remembered Set通過Concurrent Refinement Threads更新

6、Remark

在垃圾回收器進行併發標記階段時，會在可以回收的對象上加入寫屏障（Pre-Write Barrier），以防對象在標記後發生引用變化後依舊清除對象。

當添加寫屏障（Pre-Write Barrier）的對象發生引用變化之後，寫屏障會將對象加入satb_mark_queue，在重新標記（Remark）時（會發生 STW）就會重新判斷satb_mark_queue中的對象是否可以被清除。

7、JDK 8u20 字符串去重

• 優點：節省大量內存
• 缺點：略微多佔用了cpu時間，新生代回收時間略微增加

-XX:UseStringDeduplication

String s1 = new String("hello"); //char[]{'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}
String s2 = new String("hello"); //char[]{'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}

• 將所有新分配的字符串放入一個隊列
• 當新生代回收時，G1併發檢查是否有字符串重複
• 如果它們值一樣，讓它們引用同一個char[]

注意：此字符串去重與String.intern()不同，String.intern()關注的是字符串對象而字符串去重關注的是char[]在JVM內部，使用了不同的字符串表。

8、JDK 8u40 併發標記類卸載

所有對象都經過併發標記後，就知道哪些類不再被使用，當一個類加載器的所有類都不在使用，則卸載它所加載的所有類

-XX:+ClassUnloadingWithConcurrentMark // 默認啓用

9、JDK 8u60 回收巨型對象

• 一個對象大於Regin的一半時，稱之爲巨型對象
• G1不會對巨型對象進行拷貝
• 回收時被優先考慮
• G1會跟蹤老年代所有incoming引用，這樣老年代incoming引用爲0的巨型對象就可以在新生代垃圾回收時處理掉

10、JDK 9 併發標記起始時間調整

• 併發標記必須在堆空間佔滿前完成，否則退化爲Full GC
• JDK 9 之前需要使用-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent
• JDK 9 可以動態調整
  • -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 用來設置初始值
  • 進行數據採樣並動態調整
  • 總會添加一個安全的空檔空間