G1垃圾回收器
垃圾回收器的發展歷程
背景
01、G1解決的問題
G1垃圾回收器是04年正式提出，12開始正式支援，在17年作為JDK9預設的垃圾處理器。
在04年的時候，java程式堆的記憶體越來越大，從而導致程式中可存活的活物件越來越多，因此GC的STW時間越來越長。這是G1要解決的主要問題：STW帶來的停頓時間太長了。
CMS在此之前效率也很高，但活物件數量一多，STW時間也很長。而且CMS無法解決記憶體碎片化的問題。
G1還解決的問題是：CMS在GC後，無法compact記憶體。
02、G1達成的目標
（1）減少由於STW而帶來的程式延遲時間，做到偽實時、低延時、可設定目標；
可設定目標是指能夠設定GC
STW停頓的時間，G1會盡量達成目的，但不一定達成。
-XX:MaxGCPauseMillis=N
預設情況下是250毫秒
（2）解決CMS在GC後，無法壓縮程式記憶體的問題；
（3）在JDK9之後，預設的垃圾處理器就是G1；它適用於堆記憶體較大的情況下（>4~6G）；
G1垃圾回收器
一、G1記憶體佈局
G1不再遵循之前的堆中物件的分代排列，而是將堆分成若干個等大的區域。
而是變成：
預設是分成
2048個區域，-XX:G1HeapRegionSize=N 2048
Humongous：當你分配的一個物件超過一半區域的大小時，這個物件就會被放入這個區域。這個區域屬於老年代區域。
二、G1的介紹
G1垃圾回收器不再回收整個堆，而是選擇一個Collection Set（CS）。而且每次GC時，會估計每個Region中的垃圾比例，優先回收垃圾多的Region。這就為什麼被叫做Garbage First演算法。這也是為什麼G1可以控制STW停頓時間的原因。
G1含有三種GC演算法：
Full young GC：年輕代GC演算法：STW、Parallel、Copying- 老年代
GC演算法：Mostly-concurrent marking、Incremental compaction Mixed GC：混合GC
三、G1引來的問題
問題描述
G1將年輕代、老年代區域劃分為許多個小區域，增加在GC
- 老年代物件可能持有年代代的引用（跨代引用）
- 不同的
Region間的互相引用
假設在Full young GC時，某個年輕代Region物件可能被老年代的某個物件引用，那麼我在回收這個年輕代Region時，怎麼知道這裡面的物件是否被其他Region、老年代引用呢？
問題解決
Remembered Set、Card Table
1、CardTable
每個Region中分為很多區域，每個區域我們成為CardTable，對應的就是上述藍色區域；每個CardTable有多個entry組成。當對應的記憶體空間發生改變時，就會標記為dirty。
2、RememberedSet
當Region1的CardTable引用Region2的CardTable時，Region2的RememberedSet就會記錄對應CardTable中的entry，可以根據其找到對應的記憶體區域。
3、解析
當某個記憶體對應進行賦值是，就是物件的set方法，我們可以在這種方法上新增dirty的描述。
這其實就是典型的時間換空間的做法：用額外的空間維護引用資訊，這就是佔用5~10%的過多記憶體佔用。
解決方法的實現
1、Write Barrier介紹
Write barrier是一種向JVM注入的一小段程式碼，用於記錄指標變化。比如說object.field = <reference>。
在JVM開始更新指標時，就經過以下幾步：
- 標記
Card為Dirty - 將
Card存入Dirty Card Queue佇列中
這裡有一個問題：為什麼要放在佇列裡，而不是直接去更新RememberedSet呢？
這是因為JVM執行可能會有多個執行緒並行的修改RememberedSet，這樣就需要花費額外的時間來解決多執行緒同步問題。而這種更新引用是頻繁的，所以這種額外時間是無法忍受的。
2、Dirty Card Queue
這個佇列有白、綠、黃、紅四個顏色，表示應用執行緒往這個佇列放任務的狀態。
-
White
表示沒有應用執行緒往佇列裡放任務，什麼事都不用幹。 -
Green
此時Refinement執行緒開始被啟用，開始更新RS。-XX:G1ConcRefinementGreenZone=N -
Yellow
此時全部的Refinement執行緒都被啟用，來更新RS。-XX:G1ConcRefinementYellowZone=N -
Red
這個時候，應用執行緒也開始參與排空佇列的工作。-XX:G1ConcRefinementRedZone=N
四、GC演算法的過程
1、Fully young GC
GC的過程
（1）STW
此時會暫停所有堆中的物件，將部分Region拷貝到指定區域。
（2）構建Collection Set
fully young GC就是選取所有的Eden和Survivor。
（3）掃描GC Roots
（4）更新RememberedSet
排空Dirty Card Queue
（5）Process RS
根據RS找到要GC的物件被哪些物件引用了。
（6）物件拷貝
survivor區域物件的調整。
（7）Reference Processing
額外會做的事
G1記錄每個階段的時間，用於後期自動調優。比如說會記錄Eden、Survivor的數量和GC時間，後期會根據我們之前設定的暫停目標來自動調整Region數量。
但是我們設定暫停目標越短，年輕代的Region數量就越少。但這可能會導致Fully young GC頻繁發生。
2、Old GC
當堆用量達到一定程度時，就會觸發old GC。可以通過以下引數進行設定：
-XX:InitatingHeapOccpancyPercent=45
old GC有一個很大特點就是併發進行的。但它是如何在堆中不斷變化的情況下，確定哪些是要清理的垃圾物件呢？
三色標記演算法
這種演算法實現了在不暫停應用執行緒的情況下進行併發標記，標記過程過如下：
（1）將GC Root物件記錄為黑色，其直接引用物件記錄為灰色，並將這些灰色物件放入一個佇列中
（2）從佇列取出物件，將其標為黑色，將其引用物件記錄為灰色，再放入佇列中
（3）直到佇列中無物件為止
三色標記演算法的缺點：Lost Object Problem
三色標記演算法並沒有完全將所有的活物件都標記出來，這就是Lost Object Problem問題。比如說：
（1）剛開始時
（2）在即將描述將C標為灰色的一剎那
此時，C依然是活物件，但是已經無法將其標記了。
（3）結果
Lost Object Problem的解決
這種解決辦法還是通過Write barrier技術來解決。當B.c=null，也就是C指標被刪除時，G1還是被認為活物件。
那如果
C是新生物件呢？這是老年代GC
Old GC過程
（1）STW
老年代GC會在這個時候，進行一次Fully young GC
（2）恢復應用執行緒
（3）使用三色標記演算法併發標記（init marking）
（4）STW
這時候會有一個Remark階段，主要是解決SATB、Reference processing
還會有一個Cleanup階段，用於回收全為空的區
（5）恢復應用執行緒
3、Mixed GC
我們直到CMS最大的缺點就是無法進行壓縮操作，而G1就通過Mixed GC解決了這個問題。
Mixed GC沒有固定觸發條件，他是根據Fully young GC收集的資訊和我們配置的時間來決定，是否觸發Mixed GC。它會根據暫停目標，來優先選擇垃圾最多的Old Region來執行。
Mixed GC會選擇若干個Region進行，預設是選擇1/8的Old Region、Eden Region、Survivor Region。
Mixed GC的過程跟Fully young GC的過程相同，都是：STW、Parallel、Copying。
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