前言
本文参考《深入理解Java虚拟机》,本文主要介绍G1收集器的收集思想和具体过程(填上一篇文章留下的坑)
本系列其他文章链接:
JVM(Java Virtual Machine)内存模型篇
JVM(Java Virtual Machine)垃圾收集算法篇
JVM(Java Virtual Machine)垃圾收集器篇
G1(Garbage First)收集器
G1是一款主要面向服务端应用的垃圾收集器。它诞生的目的就是取代CMS的位置,或者说是“代替者”和“继承人”。开发者在设计之初,就是希望能建立一个“停顿时间模型”的收集器。
停顿时间模型:能够支持指定在一个长度为x毫秒的时间片段内,消耗的垃圾收集时间大概率不超过x毫秒这样的目标
所以G1就在这样的希望下,被创造出来了
G1的“化整为零”
在G1收集器中,它将连续的堆划分为大小相等的独立的区域(Region),每个Region都可以根据需要,扮演新生代的Eden、Survivor空间或者老年代空间,这些空间大小都是动态变化的,不再和以前的收集器一样限定分区空间大小。
除此之外,Region还有一类Humongous区域,这部分区域是专门为大对象准备的。
大对象判定:每个对象超过Region容量一半以上就算大对象
所以基于以上分区下,G1的垃圾收集就没有Minor GC、Major GC、Full GC 这种概念了,它采用的是Mixed GC,也就是说,G1可以对堆中的任何部分来组成回收集合(Collection Set),通俗就是“打包一起丢”,它的衡量标准是:哪块内存中存放的垃圾数量最多,回收价值越大,就在规定的时间内优先处理这些垃圾
因此为了知道那个区域最优价值,所以也需要维护一个优先列表,每次GC,从列表中取最优的,这也是为什么叫“Garbage First”的原因。
基于以上,G1中,堆的内存布局可能是这样的:
G1存在的关键问题已经如何解决的
- 问:Region里面存在跨Region引用对象如何解决?
答:
使用记忆集,但这个记忆集会比其他垃圾器的记忆集更为复杂,G1 至少要花费相当于Java堆容量的10%~20%来对这个记忆集进行维护工作。 每个Region的记忆集不就记录下当前Region指向的其他Region的地址,而且还有别人指向自己的并标记这些指针分别在哪些卡页范围之内,也就是“我指向谁,谁指向我”的记忆集
。补充内容:记忆集可以避免垃圾扫描时进行全堆扫描节约时间
- 问:并发标记阶段如何保证收集线程与用户线程互不干扰地运行?
答:
在回答这个问题前,我们需要了解两个概念:“增量更新”和“原始快照”
- 增量更新:在并发标记过程中,用户线程新对象在GC Root上的某个Node相关联时,我们将这个新来的引用记录下来,并发标记结束后,重新对Node进行扫描,查看是否任然是关联关系。
- 原始快照(SATB算法):对当前堆的关联关系进行快照保存,不管中途是新增还是删除,并发标记过程中,根据快照的关联关系进行扫描
在了解上面两个概念后,就可以回答这个问题了,G1使用的是原始快照,当然具体实现上肯定不止这么简单!!!
此外,G1为每个Region设计了两个名为:TAMS(Top at Mark Start)的指针,把Region中的一部分空间划分出来用于并发回收过程中的新对象分配,并发回收时新分配的对象地址都必须要在这两个指针位置上。G1收集器默认这个地址上的对象是被隐式标记过了,即默认他们是存活的。
- 问:怎样建立起可靠的停顿预测模型?
答:
G1 收集器的停顿预测模型是以“衰减均值”为理论基础来实现的,在垃圾收集过程,G1收集器会记录每个Region的一些数据,例如:记忆集里面的脏数据、回收耗时等数据,进行计算,最终根据这个值来确认回收价值,在规定时间内,每次回收价值最大的。(详细过程,读者可以自行了解,这里不做过多赘述OWO)
G1的垃圾收集过程
G1的垃圾收集大致分为下面四个步骤:文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-732523.html
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初始标记(Initial Marking):
- 需要停顿线程,但是耗时非常短。
- 仅标记GC Roots能直接关联到的对象,比修改TAMS的值,让下一阶段用户线程并发能正确在Region中分配对象
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并发标记(Concurrent Marking):
- 与用户线程并发
- 从GC Roots中递归查找可以回收的对象,耗时较长(对象数量决定), 扫描结束后,还需要重新处理SATB记录下的并发时有引用变动的对象
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最终标记(Final Marking):
- 用户线程短暂停顿
- 用于处理并发阶段结束后遗留下来的最后那少量的SATB记录
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筛选回收(Live Data Counting and Evacuation):
- 暂停用户线程,并发回收
- 对Region中的价值进行排序,然后打包多块Region收集,把存活的Region复制到另一个Region中,然后情况当前Region。这个过程设计对象移动所以需要暂停用户线程。
- 堆内回收示意:
到这一步其实也能看出来G1在一定程度上,不仅仅为了低延迟,还想方设法保证吞吐量,不然再最后回收阶段,他任然可以并发用户线程(ZGC是如此),下图是G1收集器运行过程图:
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-732523.html
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