GC 基础
= GC 基礎(chǔ) =====================
JAVA堆的描述如下：
內(nèi)存由 Perm 和 Heap 組成. 其中
Heap = {Old + NEW = { Eden , from, to } }
JVM內(nèi)存模型中分兩大塊，一塊是 NEW Generation, 另一塊是Old Generation. 在New Generation中，有一個(gè)叫Eden的空間，主要是用來(lái)存放新生的對(duì)象，還有兩個(gè)Survivor Spaces（from,to）, 它們用來(lái)存放每次垃圾回收后存活下來(lái)的對(duì)象。在Old Generation中，主要存放應(yīng)用程序中生命周期長(zhǎng)的內(nèi)存對(duì)象，還有個(gè)Permanent Generation，主要用來(lái)放JVM自己的反射對(duì)象，比如類(lèi)對(duì)象和方法對(duì)象等。
垃圾回收描述：
在New Generation塊中，垃圾回收一般用Copying的算法，速度快。每次GC的時(shí)候，存活下來(lái)的對(duì)象首先由Eden拷貝到某個(gè)Survivor Space, 當(dāng)Survivor Space空間滿了后, 剩下的live對(duì)象就被直接拷貝到Old Generation中去。因此，每次GC后，Eden內(nèi)存塊會(huì)被清空。在Old Generation塊中，垃圾回收一般用mark-compact的算法，速度慢些，但減少內(nèi)存要求.
垃圾回收分多級(jí)，0級(jí)為全部(Full)的垃圾回收，會(huì)回收OLD段中的垃圾；1級(jí)或以上為部分垃圾回收，只會(huì)回收NEW中的垃圾，內(nèi)存溢出通常發(fā)生于OLD段或Perm段垃圾回收后，仍然無(wú)內(nèi)存空間容納新的Java對(duì)象的情況。
當(dāng)一個(gè)URL被訪問(wèn)時(shí)，內(nèi)存申請(qǐng)過(guò)程如下：
A. JVM會(huì)試圖為相關(guān)Java對(duì)象在Eden中初始化一塊內(nèi)存區(qū)域
B. 當(dāng)Eden空間足夠時(shí)，內(nèi)存申請(qǐng)結(jié)束。否則到下一步
C. JVM試圖釋放在Eden中所有不活躍的對(duì)象（這屬于1或更高級(jí)的垃圾回收）, 釋放后若Eden空間仍然不足以放入新對(duì)象，則試圖將部分Eden中活躍對(duì)象放入Survivor區(qū)
D. Survivor區(qū)被用來(lái)作為Eden及OLD的中間交換區(qū)域，當(dāng)OLD區(qū)空間足夠時(shí)，Survivor區(qū)的對(duì)象會(huì)被移到Old區(qū)，否則會(huì)被保留在Survivor區(qū)
E. 當(dāng)OLD區(qū)空間不夠時(shí)，JVM會(huì)在OLD區(qū)進(jìn)行完全的垃圾收集（0級(jí)）
F. 完全垃圾收集后，若Survivor及OLD區(qū)仍然無(wú)法存放從Eden復(fù)制過(guò)來(lái)的部分對(duì)象，導(dǎo)致JVM無(wú)法在Eden區(qū)為新對(duì)象創(chuàng)建內(nèi)存區(qū)域，則出現(xiàn)”out of memory錯(cuò)誤”
JVM調(diào)優(yōu)建議:
ms/mx：定義YOUNG+OLD段的總尺寸，ms為JVM啟動(dòng)時(shí)YOUNG+OLD的內(nèi)存大小；mx為最大可占用的YOUNG+OLD內(nèi)存大小。在用戶生產(chǎn)環(huán)境上一般將這兩個(gè)值設(shè)為相同，以減少運(yùn)行期間系統(tǒng)在內(nèi)存申請(qǐng)上所花的開(kāi)銷(xiāo)。
NewSize/MaxNewSize：定義YOUNG段的尺寸，NewSize為JVM啟動(dòng)時(shí)YOUNG的內(nèi)存大小；MaxNewSize為最大可占用的YOUNG內(nèi)存大小。在用戶生產(chǎn)環(huán)境上一般將這兩個(gè)值設(shè)為相同，以減少運(yùn)行期間系統(tǒng)在內(nèi)存申請(qǐng)上所花的開(kāi)銷(xiāo)。
PermSize/MaxPermSize：定義Perm段的尺寸，PermSize為JVM啟動(dòng)時(shí)Perm的內(nèi)存大小；MaxPermSize為最大可占用的Perm內(nèi)存大小。在用戶生產(chǎn)環(huán)境上一般將這兩個(gè)值設(shè)為相同，以減少運(yùn)行期間系統(tǒng)在內(nèi)存申請(qǐng)上所花的開(kāi)銷(xiāo)。
SurvivorRatio：設(shè)置Survivor空間和Eden空間的比例
內(nèi)存溢出的可能性
1. OLD段溢出
這種內(nèi)存溢出是最常見(jiàn)的情況之一，產(chǎn)生的原因可能是：
1) 設(shè)置的內(nèi)存參數(shù)過(guò)小(ms/mx, NewSize/MaxNewSize)
2) 程序問(wèn)題
單個(gè)程序持續(xù)進(jìn)行消耗內(nèi)存的處理，如循環(huán)幾千次的字符串處理，對(duì)字符串處理應(yīng)建議使用StringBuffer。此時(shí)不會(huì)報(bào)內(nèi)存溢出錯(cuò)，卻會(huì)使系統(tǒng)持續(xù)垃 圾收集，無(wú)法處理其它請(qǐng)求，相關(guān)問(wèn)題程序可通過(guò)Thread Dump獲取（見(jiàn)系統(tǒng)問(wèn)題診斷一章）單個(gè)程序所申請(qǐng)內(nèi)存過(guò)大，有的程序會(huì)申請(qǐng)幾十乃至幾百兆內(nèi)存，此時(shí)JVM也會(huì)因無(wú)法申請(qǐng)到資源而出現(xiàn)內(nèi)存溢出，對(duì)此首 先要找到相關(guān)功能，然后交予程序員修改，要找到相關(guān)程序，必須在Apache日志中尋找。
當(dāng)Java對(duì)象使用完畢后，其所引用的對(duì)象卻沒(méi)有銷(xiāo)毀，使得JVM認(rèn)為他還是活躍的對(duì)象而不進(jìn)行回收，這樣累計(jì)占用了大量?jī)?nèi)存而無(wú)法釋放。由于目前市面上還沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)影響小的內(nèi)存分析工具，故此時(shí)只能和程序員一起定位。
2. Perm段溢出
通常由于Perm段裝載了大量的Servlet類(lèi)而導(dǎo)致溢出，目前的解決辦法：
1) 將PermSize擴(kuò)大，一般256M能夠滿足要求
2) 若別無(wú)選擇，則只能將servlet的路徑加到CLASSPATH中，但一般不建議這么處理
3. C Heap溢出
系統(tǒng)對(duì)C Heap沒(méi)有限制，故C Heap發(fā)生問(wèn)題時(shí)，Java進(jìn)程所占內(nèi)存會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，直到占用所有可用系統(tǒng)內(nèi)存
其他：
JVM有2個(gè)GC線程。第一個(gè)線程負(fù)責(zé)回收Heap的Young區(qū)。第二個(gè)線程在Heap不足時(shí)，遍歷Heap，將Young 區(qū)升級(jí)為Older區(qū)。Older區(qū)的大小等于-Xmx減去-Xmn，不能將-Xms的值設(shè)的過(guò)大，因?yàn)榈诙€(gè)線程被迫運(yùn)行會(huì)降低JVM的性能。
為什么一些程序頻繁發(fā)生GC？有如下原因：
l ? ? ? ? 程序內(nèi)調(diào)用了System.gc()或Runtime.gc()。
l ? ? ? ? 一些中間件軟件調(diào)用自己的GC方法，此時(shí)需要設(shè)置參數(shù)禁止這些GC。
l ? ? ? ? Java的Heap太小，一般默認(rèn)的Heap值都很小。
l ? ? ? ? 頻繁實(shí)例化對(duì)象，Release對(duì)象。此時(shí)盡量保存并重用對(duì)象，例如使用StringBuffer()和String()。
如果你發(fā)現(xiàn)每次GC后，Heap的剩余空間會(huì)是總空間的50%，這表示你的Heap處于健康狀態(tài)。許多Server端的Java程序每次GC后最好能有65%的剩余空間。
經(jīng)驗(yàn)之談：
1．Server端JVM最好將-Xms和-Xmx設(shè)為相同值。為了優(yōu)化GC，最好讓-Xmn值約等于-Xmx的1/3[2]。
2．一個(gè)GUI程序最好是每10到20秒間運(yùn)行一次GC，每次在半秒之內(nèi)完成[2]。
注意：
1．增加Heap的大小雖然會(huì)降低GC的頻率，但也增加了每次GC的時(shí)間。并且GC運(yùn)行時(shí)，所有的用戶線程將暫停，也就是GC期間，Java應(yīng)用程序不做任何工作。
2．Heap大小并不決定進(jìn)程的內(nèi)存使用量。進(jìn)程的內(nèi)存使用量要大于-Xmx定義的值，因?yàn)镴ava為其他任務(wù)分配內(nèi)存，例如每個(gè)線程的Stack等。
2．Stack的設(shè)定
每個(gè)線程都有他自己的Stack。
| -Xss | 每個(gè)線程的Stack大小 |
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Stack的大小限制著線程的數(shù)量。如果Stack過(guò)大就好導(dǎo)致內(nèi)存溢漏。-Xss參數(shù)決定Stack大小，例如-Xss1024K。如果Stack太小，也會(huì)導(dǎo)致Stack溢漏。3．硬件環(huán)境
硬件環(huán)境也影響GC的效率，例如機(jī)器的種類(lèi)，內(nèi)存，swap空間，和CPU的數(shù)量。
如果你的程序需要頻繁創(chuàng)建很多transient對(duì)象，會(huì)導(dǎo)致JVM頻繁GC。這種情況你可以增加機(jī)器的內(nèi)存，來(lái)減少Swap空間的使用[2]。
4．4種GC
第一種為單線程GC，也是默認(rèn)的GC。，該GC適用于單CPU機(jī)器。
第二種為T(mén)hroughput GC，是多線程的GC，適用于多CPU，使用大量線程的程序。第二種GC與第一種GC相似，不同在于GC在收集Young區(qū)是多線程的，但在Old區(qū)和第一種一樣，仍然采用單線程。-XX:+UseParallelGC參數(shù)啟動(dòng)該GC。
第三種為Concurrent Low Pause GC，類(lèi)似于第一種，適用于多CPU，并要求縮短因GC造成程序停滯的時(shí)間。這種GC可以在Old區(qū)的回收同時(shí)，運(yùn)行應(yīng)用程序。-XX:+UseConcMarkSweepGC參數(shù)啟動(dòng)該GC。
第四種為Incremental Low Pause GC，適用于要求縮短因GC造成程序停滯的時(shí)間。這種GC可以在Young區(qū)回收的同時(shí)，回收一部分Old區(qū)對(duì)象。-Xincgc參數(shù)啟動(dòng)該GC。
按照基本回收策略分
引用計(jì)數(shù)（Reference Counting）:
比較古老的回收算法。原理是此對(duì)象有一個(gè)引用，即增加一個(gè)計(jì)數(shù)，刪除一個(gè)引用則減少一個(gè)計(jì)數(shù)。垃圾回收時(shí)，只用收集計(jì)數(shù)為0的對(duì)象。此算法最致命的是無(wú)法處理循環(huán)引用的問(wèn)題。
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標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）:
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此算法執(zhí)行分兩階段。第一階段從引用根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始標(biāo)記所有被引用的對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把未標(biāo)記的對(duì)象清除。此算法需要暫停整個(gè)應(yīng)用，同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
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復(fù)制（Copying）:
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此算法把內(nèi)存空間劃為兩個(gè)相等的區(qū)域，每次只使用其中一個(gè)區(qū)域。垃圾回收時(shí)，遍歷當(dāng)前使用區(qū)域，把正在使用中的對(duì)象復(fù)制到另外一個(gè)區(qū)域中。算法每次只處理 正在使用中的對(duì)象，因此復(fù)制成本比較小，同時(shí)復(fù)制過(guò)去以后還能進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不會(huì)出現(xiàn)“碎片”問(wèn)題。當(dāng)然，此算法的缺點(diǎn)也是很明顯的，就是需要兩倍 內(nèi)存空間。
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標(biāo)記-整理（Mark-Compact）:
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此算法結(jié)合了“標(biāo)記-清除”和“復(fù)制”兩個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始標(biāo)記所有被引用對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把清除未標(biāo)記對(duì)象并 且把存活對(duì)象“壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問(wèn)題，同時(shí)也避免了“復(fù)制”算法的空間問(wèn)題。
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按分區(qū)對(duì)待的方式分
增量收集（Incremental Collecting）:實(shí)時(shí)垃圾回收算法，即：在應(yīng)用進(jìn)行的同時(shí)進(jìn)行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器沒(méi)有使用這種算法的。
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分代收集（Generational Collecting）:基于對(duì)對(duì)象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把對(duì)象分為年青代、年老代、持久代，對(duì)不同生命周期的對(duì)象使用不同的算法（上述方式中的一個(gè)）進(jìn)行回收?，F(xiàn)在的垃圾回收器（從J2SE1.2開(kāi)始）都是使用此算法的。
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按系統(tǒng)線程分
串行收集:串行收集使用單線程處理所有垃圾回收工作，因?yàn)闊o(wú)需多線程交互，實(shí)現(xiàn)容易，而且效率比較高。但是，其局限性也比較明顯，即無(wú)法使用多處理器的優(yōu)勢(shì)，所以此收集適合單處理器機(jī)器。當(dāng)然，此收集器也可以用在小數(shù)據(jù)量（100M左右）情況下的多處理器機(jī)器上。
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并行收集:并行收集使用多線程處理垃圾回收工作，因而速度快，效率高。而且理論上CPU數(shù)目越多，越能體現(xiàn)出并行收集器的優(yōu)勢(shì)。（串型收集的并發(fā)版本，需要暫停jvm） 并行paralise指的是多個(gè)任務(wù)在多個(gè)cpu中一起并行執(zhí)行，最后將結(jié)果合并。效率是N倍。
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并發(fā)收集:相對(duì)于串行收集和并行收集而言，前面 兩個(gè)在進(jìn)行垃圾回收工作時(shí)，需要暫停整個(gè)運(yùn)行環(huán)境，而只有垃圾回收程序在運(yùn)行，因此，系統(tǒng)在垃圾回收時(shí)會(huì)有明顯的暫停，而且暫停時(shí)間會(huì)因?yàn)槎言酱蠖介L(zhǎng)。 （和并行收集不同，并發(fā)只有在開(kāi)頭和結(jié)尾會(huì)暫停jvm）并發(fā)concurrent指的是多個(gè)任務(wù)在一個(gè)cpu偽同步執(zhí)行，但其實(shí)是串行調(diào)度的，效率并非直 接是N倍。
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分代垃圾回收
??? 分代的垃圾回收策略，是基于這樣一個(gè)事實(shí)：不同的對(duì)象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對(duì)象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。
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?? ?在Java程序運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的對(duì)象，其中有些對(duì)象是與業(yè)務(wù)信息相關(guān)，比如Http請(qǐng)求中的Session對(duì)象、線程、Socket連接，這 類(lèi)對(duì)象跟業(yè)務(wù)直接掛鉤，因此生命周期比較長(zhǎng)。但是還有一些對(duì)象，主要是程序運(yùn)行過(guò)程中生成的臨時(shí)變量，這些對(duì)象生命周期會(huì)比較短，比如：String對(duì) 象，由于其不變類(lèi)的特性，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的這些對(duì)象，有些對(duì)象甚至只用一次即可回收。
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?? ?試想，在不進(jìn)行對(duì)象存活時(shí)間區(qū)分的情況下，每次垃圾回收都是對(duì)整個(gè)堆空間進(jìn)行回收，花費(fèi)時(shí)間相對(duì)會(huì)長(zhǎng)，同時(shí)，因?yàn)槊看位厥斩夹枰闅v所有存活對(duì)象，但實(shí) 際上，對(duì)于生命周期長(zhǎng)的對(duì)象而言，這種遍歷是沒(méi)有效果的，因?yàn)榭赡苓M(jìn)行了很多次遍歷，但是他們依舊存在。因此，分代垃圾回收采用分治的思想，進(jìn)行代的劃 分，把不同生命周期的對(duì)象放在不同代上，不同代上采用最適合它的垃圾回收方式進(jìn)行回收。
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如圖所示：
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?? ?虛擬機(jī)中的共劃分為三個(gè)代：年輕代（Young Generation）、年老點(diǎn)（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。其中持久代主要存放的是Java類(lèi)的類(lèi)信息，與垃圾收集要收集的Java對(duì)象關(guān)系不大。年輕代和年老代的劃分是對(duì)垃圾收集影響比較大的。
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年輕代:
?? ?所有新生成的對(duì)象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標(biāo)就是盡可能快速的收集掉那些生命周期短的對(duì)象。年輕代分三個(gè)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè) Survivor區(qū)(一般而言)。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，還存活的對(duì)象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個(gè)中的一個(gè)），當(dāng)這個(gè) Survivor區(qū)滿時(shí)，此區(qū)的存活對(duì)象將被復(fù)制到另外一個(gè)Survivor區(qū)，當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)也滿了的時(shí)候，從第一個(gè)Survivor區(qū)復(fù)制 過(guò)來(lái)的并且此時(shí)還存活的對(duì)象，將被復(fù)制“年老區(qū)(Tenured)”。需要注意，Survivor的兩個(gè)區(qū)是對(duì)稱(chēng)的，沒(méi)先后關(guān)系，所以同一個(gè)區(qū)中可能同時(shí) 存在從Eden復(fù)制過(guò)來(lái) 對(duì)象，和從前一個(gè)Survivor復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個(gè)Survivor去過(guò)來(lái)的對(duì)象。而且，Survivor區(qū)總有一個(gè)是空 的。同時(shí)，根據(jù)程序需要，Survivor區(qū)是可以配置為多個(gè)的（多于兩個(gè)），這樣可以增加對(duì)象在年輕代中的存在時(shí)間，減少被放到年老代的可能。
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年老代:
?? ?在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象，就會(huì)被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象。
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持久代:
?? ?用于存放靜態(tài)文件，如今Java類(lèi)、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒(méi)有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate 等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來(lái)存放這些運(yùn)行過(guò)程中新增的類(lèi)。持久代大小通過(guò)-XX:MaxPermSize=<N>進(jìn)行設(shè) 置。
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什么情況下觸發(fā)垃圾回收?
由于對(duì)象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類(lèi)型：Scavenge GC和Full GC。
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Scavenge GC
?? ?一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Scavenge GC，對(duì)Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。這種方式的GC是對(duì) 年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會(huì)影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱?duì)象都是從Eden區(qū)開(kāi)始的，同時(shí)Eden區(qū)不會(huì)分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會(huì)頻繁進(jìn)行。因 而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來(lái)。
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Full GC
?? ?對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因?yàn)樾枰獙?duì)整個(gè)對(duì)進(jìn)行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對(duì)JVM調(diào)優(yōu)的過(guò)程中，很大一部分工作就是對(duì)于FullGC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：
· 年老代（Tenured）被寫(xiě)滿
· 持久代（Perm）被寫(xiě)滿?
· System.gc()被顯示調(diào)用?
·上一次GC之后Heap的各域分配策略動(dòng)態(tài)變化
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= G1 ===================================
傳說(shuō)中的G1，傳說(shuō)中的low-pause垃圾收集。Java SE 6的update14版本中已經(jīng)包含測(cè)試版，可以在啟動(dòng)時(shí)加JVM參數(shù)來(lái)啟用
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseG1GC
http://www.blogjava.net/BlueDavy/archive/2009/03/11/259230.html
本文摘自《構(gòu)建高性能的大型分布式Java應(yīng)用》一 書(shū)，Garbage First簡(jiǎn)稱(chēng)G1，它的目標(biāo)是要做到盡量減少GC所導(dǎo)致的應(yīng)用暫停的時(shí)間，讓?xiě)?yīng)用達(dá)到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的效果，同時(shí)保持JVM堆空間的利用率，將作為CMS的替代 者在JDK 7中閃亮登場(chǎng)，其最大的特色在于允許指定在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)GC所導(dǎo)致的應(yīng)用暫停的時(shí)間最大為多少，例如在100秒內(nèi)最多允許GC導(dǎo)致的應(yīng)用暫停時(shí)間為1秒， 這個(gè)特性對(duì)于準(zhǔn)實(shí)時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)而言非常的吸引人，這樣就再也不用擔(dān)心系統(tǒng)突然會(huì)暫停個(gè)兩三秒了。
G1要做到這樣的效果，也是有前提的，一方面是硬件環(huán)境的要求，必須是多核的CPU以及較大的內(nèi)存（從規(guī)范來(lái)看，512M以上就滿足條件了），另外一方面是需要接受吞吐量的稍微降低，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)而言，這點(diǎn)應(yīng)該是可以接受的。
為了能夠達(dá)到這樣的效果，G1在原有的各種GC策略上進(jìn)行了吸收和改進(jìn)，在G1中可以看到增量收集器和CMS的影子，但它不僅僅是吸收原有GC策略的優(yōu) 點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上做出了很多的改進(jìn)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，G1吸收了增量GC以及CMS的精髓，將整個(gè)jvm Heap劃分為多個(gè)固定大小的region，掃描時(shí)采用Snapshot-at-the-beginning的并發(fā)marking算法（具體在后面內(nèi)容詳 細(xì)解釋）對(duì)整個(gè)heap中的region進(jìn)行mark，回收時(shí)根據(jù)region中活躍對(duì)象的bytes進(jìn)行排序，首先回收活躍對(duì)象bytes小以及回收耗 時(shí)短（預(yù)估出來(lái)的時(shí)間）的region，回收的方法為將此region中的活躍對(duì)象復(fù)制到另外的region中，根據(jù)指定的GC所能占用的時(shí)間來(lái)估算能回 收多少region，這點(diǎn)和以前版本的Full GC時(shí)得處理整個(gè)heap非常不同，這樣就做到了能夠盡量短時(shí)間的暫停應(yīng)用，又能回收內(nèi)存，由于這種策略在回收時(shí)首先回收的是垃圾對(duì)象所占空間最多的 region，因此稱(chēng)為Garbage First。
看完上面對(duì)于G1策略的簡(jiǎn)短描述，并不能清楚的掌握G1，在繼續(xù)詳細(xì)看G1的步驟之前，必須先明白G1對(duì)于JVM Heap的改造，這些對(duì)于習(xí)慣了劃分為new generation、old generation的大家來(lái)說(shuō)都有不少的新意。
G1將Heap劃分為多個(gè)固定大小的region，這也是G1能夠?qū)崿F(xiàn)控制GC導(dǎo)致的應(yīng)用暫停時(shí)間的前提，region之間的對(duì)象引用通過(guò) remembered set來(lái)維護(hù)，每個(gè)region都有一個(gè)remembered set，remembered set中包含了引用當(dāng)前region中對(duì)象的region的對(duì)象的pointer，由于同時(shí)應(yīng)用也會(huì)造成這些region中對(duì)象的引用關(guān)系不斷的發(fā)生改 變，G1采用了Card Table來(lái)用于應(yīng)用通知region修改remembered sets，Card Table由多個(gè)512字節(jié)的Card構(gòu)成，這些Card在Card Table中以1個(gè)字節(jié)來(lái)標(biāo)識(shí)，每個(gè)應(yīng)用的線程都有一個(gè)關(guān)聯(lián)的remembered set log，用于緩存和順序化線程運(yùn)行時(shí)造成的對(duì)于card的修改，另外，還有一個(gè)全局的filled RS buffers，當(dāng)應(yīng)用線程執(zhí)行時(shí)修改了card后，如果造成的改變僅為同一region中的對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)，則不記錄remembered set log，如造成的改變?yōu)榭鐁egion中的對(duì)象的關(guān)聯(lián)，則記錄到線程的remembered set log，如線程的remembered set log滿了，則放入全局的filled RS buffers中，線程自身則重新創(chuàng)建一個(gè)新的remembered set log，remembered set本身也是一個(gè)由一堆cards構(gòu)成的哈希表。
盡管G1將Heap劃分為了多個(gè)region，但其默認(rèn)采用的仍然是分代的方式，只是僅簡(jiǎn)單的劃分為了年輕代（young）和非年輕代，這也是由于G1仍 然堅(jiān)信大多數(shù)新創(chuàng)建的對(duì)象都是不需要長(zhǎng)的生命周期的，對(duì)于應(yīng)用新創(chuàng)建的對(duì)象，G1將其放入標(biāo)識(shí)為young的region中，對(duì)于這些region，并不 記錄remembered set logs，掃描時(shí)只需掃描活躍的對(duì)象，G1在分代的方式上還可更細(xì)的劃分為：fully young或partially young，fully young方式暫停的時(shí)候僅處理young regions，partially同樣處理所有的young regions，但它還會(huì)根據(jù)允許的GC的暫停時(shí)間來(lái)決定是否要加入其他的非young regions，G1是運(yùn)行到fully-young方式還是partially young方式，外部是不能決定的，在啟動(dòng)時(shí)，G1采用的為fully-young方式，當(dāng)G1完成一次Concurrent Marking后，則切換為partially young方式，隨后G1跟蹤每次回收的效率，如果回收f(shuō)ully-young中的regions已經(jīng)可以滿足內(nèi)存需要的話，那么就切換回fully young方式，但當(dāng)heap size的大小接近滿的情況下，G1會(huì)切換到partially young方式，以保證能提供足夠的內(nèi)存空間給應(yīng)用使用。
除了分代方式的劃分外，G1還支持另外一種pure G1的方式，也就是不進(jìn)行代的劃分，pure方式和分代方式的具體不同在下面的具體執(zhí)行步驟中進(jìn)行描述。
掌握了這些概念后，繼續(xù)來(lái)看G1的具體執(zhí)行步驟：
1.?????????Initial Marking
G1對(duì)于每個(gè)region都保存了兩個(gè)標(biāo)識(shí)用的bitmap，一個(gè)為previous marking bitmap，一個(gè)為next marking bitmap，bitmap中包含了一個(gè)bit的地址信息來(lái)指向?qū)ο蟮钠鹗键c(diǎn)。
開(kāi)始Initial Marking之前，首先并發(fā)的清空next marking bitmap，然后停止所有應(yīng)用線程，并掃描標(biāo)識(shí)出每個(gè)region中root可直接訪問(wèn)到的對(duì)象，將region中top的值放入next top at mark start（TAMS）中，之后恢復(fù)所有應(yīng)用線程。
觸發(fā)這個(gè)步驟執(zhí)行的條件為：
l??G1定義了一個(gè)JVM Heap大小的百分比的閥值，稱(chēng)為h，另外還有一個(gè)H，H的值為(1-h)*Heap Size，目前這個(gè)h的值是固定的，后續(xù)G1也許會(huì)將其改為動(dòng)態(tài)的，根據(jù)jvm的運(yùn)行情況來(lái)動(dòng)態(tài)的調(diào)整，在分代方式下，G1還定義了一個(gè)u以及soft limit，soft limit的值為H-u*Heap Size，當(dāng)Heap中使用的內(nèi)存超過(guò)了soft limit值時(shí)，就會(huì)在一次clean up執(zhí)行完畢后在應(yīng)用允許的GC暫停時(shí)間范圍內(nèi)盡快的執(zhí)行此步驟；
l??在pure方式下，G1將marking與clean up組成一個(gè)環(huán)，以便clean up能充分的使用marking的信息，當(dāng)clean up開(kāi)始回收時(shí)，首先回收能夠帶來(lái)最多內(nèi)存空間的regions，當(dāng)經(jīng)過(guò)多次的clean up，回收到?jīng)]多少空間的regions時(shí)，G1重新初始化一個(gè)新的marking與clean up構(gòu)成的環(huán)。
2.?????????Concurrent Marking
按照之前Initial Marking掃描到的對(duì)象進(jìn)行遍歷，以識(shí)別這些對(duì)象的下層對(duì)象的活躍狀態(tài)，對(duì)于在此期間應(yīng)用線程并發(fā)修改的對(duì)象的以來(lái)關(guān)系則記錄到remembered set logs中，新創(chuàng)建的對(duì)象則放入比top值更高的地址區(qū)間中，這些新創(chuàng)建的對(duì)象默認(rèn)狀態(tài)即為活躍的，同時(shí)修改top值。
3.?????????Final Marking Pause
當(dāng)應(yīng)用線程的remembered set logs未滿時(shí)，是不會(huì)放入filled RS buffers中的，在這樣的情況下，這些remebered set logs中記錄的card的修改就會(huì)被更新了，因此需要這一步，這一步要做的就是把應(yīng)用線程中存在的remembered set logs的內(nèi)容進(jìn)行處理，并相應(yīng)的修改remembered sets，這一步需要暫停應(yīng)用，并行的運(yùn)行。
4.?????????Live Data Counting and Cleanup
值得注意的是，在G1中，并不是說(shuō)Final Marking Pause執(zhí)行完了，就肯定執(zhí)行Cleanup這步的，由于這步需要暫停應(yīng)用，G1為了能夠達(dá)到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的要求，需要根據(jù)用戶指定的最大的GC造成的暫停時(shí) 間來(lái)合理的規(guī)劃什么時(shí)候執(zhí)行Cleanup，另外還有幾種情況也是會(huì)觸發(fā)這個(gè)步驟的執(zhí)行的：
l??G1采用的是復(fù)制方法來(lái)進(jìn)行收集，必須保證每次的”to space”的空間都是夠的，因此G1采取的策略是當(dāng)已經(jīng)使用的內(nèi)存空間達(dá)到了H時(shí)，就執(zhí)行Cleanup這個(gè)步驟；
l??對(duì)于full-young和partially-young的分代模式的G1而言，則還有情況會(huì)觸發(fā)Cleanup的執(zhí)行，full-young模 式下，G1根據(jù)應(yīng)用可接受的暫停時(shí)間、回收young regions需要消耗的時(shí)間來(lái)估算出一個(gè)yound regions的數(shù)量值，當(dāng)JVM中分配對(duì)象的young regions的數(shù)量達(dá)到此值時(shí)，Cleanup就會(huì)執(zhí)行；partially-young模式下，則會(huì)盡量頻繁的在應(yīng)用可接受的暫停時(shí)間范圍內(nèi)執(zhí)行 Cleanup，并最大限度的去執(zhí)行non-young regions的Cleanup。
這一步中GC線程并行的掃描所有region，計(jì)算每個(gè)region中低于next TAMS值中marked data的大小，然后根據(jù)應(yīng)用所期望的GC的短延時(shí)以及G1對(duì)于region回收所需的耗時(shí)的預(yù)估，排序region，將其中活躍的對(duì)象復(fù)制到其他 region中。
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G1為了能夠盡量的做到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的響應(yīng)，例如估算暫停時(shí)間的算法、對(duì)于經(jīng)常被引用的對(duì)象的特殊 處理等，G1為了能夠讓GC既能夠充分的回收內(nèi)存，又能夠盡量少的導(dǎo)致應(yīng)用的暫停，可謂費(fèi)盡心思，從G1的論文中的性能評(píng)測(cè)來(lái)看效果也是不錯(cuò)的，不過(guò)如果 G1能允許開(kāi)發(fā)人員在編寫(xiě)代碼時(shí)指定哪些對(duì)象是不用mark的就更完美了，這對(duì)于有巨大緩存的應(yīng)用而言，會(huì)有很大的幫助，G1將隨JDK 6 Update 14?beta發(fā)布。
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