JVM：23 面试题：G1垃圾回收器的工作原理

Love The Way You Lie 2022-09-11 04:10 186阅读 0赞

### 1. ParNew + CMS的组合有哪些痛点？ ###

ParNew + CMS 两个垃圾回收器对新生代和老年代进行垃圾回收的运行过程中，都会或多或少产生 STW 现象，对系统的运行是有一定影响的。

而为了减少 STW ，G1垃圾回收器应运而生，他可以提供比 “ParNew + CMS” 组合更好的垃圾回收的性能。

### 2. G1垃圾回收器 ###

G1垃圾回收器可以同时回收新生代和老年代的对象，不需要两个垃圾回收器配合起来运作。

**G1垃圾回收器最大的特点**，是把Java堆**内存拆分**为多个大小相等的 Region（范围）。

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_14_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

虽然G1也会**有新生代和老年代**的概念，但只是**逻辑上的概念**。

从内存结构上来说，新生代可能包含了某些Region，老年代可能包含了某些Region。如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_14_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

而G1最大的一个**特点**，就是可以**设置一个垃圾回收的预期停顿时间**。

也就是说可以指定，**希望G1在垃圾回收的时候保证，在1小时内由G1垃圾回收导致的 STW 时间（系统停顿时间） 不能超过1分钟**。

前面对JVM优化的思路，最终目的都是为了减少Minor GC和Full GC，从而减少GC带来的系统停顿，避免影响系统处理请求。

但现在我们可以给G1指定，在一个时间内，垃圾回收导致的系统停顿时间不能超过多久，G1全权负责，保证达到这个目标。

这就意味着我们可以直接控制垃圾回收对系统性能的影响了。

### 3. G1是如何做到对垃圾回收导致的系统停顿可控的？ ###

G1想要做到对停顿时间的可控，需要追踪每个Region里的回收价值。

也就是搞清楚每个 Region里的对象有多少是垃圾，如果对这个 Region 进行垃圾回收，需要耗费多长时间，可以回收掉多少垃圾？

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_14_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]

如上图，G1通过追踪发现， 1个Region中的垃圾对象有10MB，回收他们需要耗费1秒钟，另外一个 Region 中的垃圾对象有 20MB，回收他们需要耗费 200毫秒。

然后在垃圾回收的时候，G1会发现最近一段时间内，比如1小时内，垃圾回收已经导致了几百毫秒的系统停顿了，现在又要执行一次垃圾回收，那么必须是回收上图中那个值需要 200ms就能回收掉 20MB垃圾的 Region 。

于是 G1 触发一次垃圾回收，虽然可能导致系统停顿了 200ms，但是一下子回收了更多的垃圾，就是 20MB的垃圾，如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

所以说，G1可以做到让你来设定垃圾回收对系统的影响，它自己通过把内存拆分为大量小 Region，以及追踪每个 Region 中可以回收的对象大小和预估时间，最后在垃圾回收的时候，尽量把垃圾回收对系统造成的影响控制在你指定的时间范围内，同时在有限的时间内尽量回收尽可能多的垃圾对象。

这就是 G1的**核心设计思路**。

### 4. Region 可能属于新生代也可能属于老年代 ###

在G1中，每一个 Region 可能属于新生代，也可能属于老年代的。

刚开始 Region 可能谁都不属于，然后接着就分配给了新生代，然后放了很多属于新生代的对象，接着就触发了垃圾回收这个 Region，如下图：

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然后下一次同一个 Region 可能又被分配给了老年代，用来防老年的的长生存周期的对象，如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]

所以，在G1对应的内存模型中， Region 随时会属于新生代也会属于老年代，所以没有所谓新生代给多少内存，老年代给多少内存的说法。

新生代和老年代各自的内存区域是不停的变动的，由 G1 自动控制。

###  5. 总结 ###

G1垃圾回收器的设计思想中有 Region 的概念，并对 Region 进行划分，然后 Region动态转移给新生代或老年代，按需分配。

触发垃圾回收的时候，可以根据设定的预期系统停顿时间，来选择最少回收的时间和最多回收对象的 Region 进行垃圾回收，保证 GC对系统停顿的影响在可控范围内，同时还能尽可能回收更最的对象。

### 6. 扩展知识点 ###

（1）每一个Region 都可以是新生代，采用的是复制算法。存在一个比例，不会让所有 Region 都被使用掉，所以不存在所有的 Region 都存放了新生代或老年代，而导致没有可用的 Region 的情况发生。

（2）如果需要一个大对象有 100MB，然而每个 Region 的大小只有 20MB，此时这个**大对象可以横跨多个 Region** 。

（3）Region 被回收后 G1是如何解决内存碎片化的？

答： Region 回收采用复制算法，就是一个 Region 里的存活对象迁移到其他 Region 里，然后直接回收那个 Region 剩余的垃圾对象。所以不存在内存碎片化的问题。

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