发表更新15 分钟读完 (大约2208个字)

新一代垃圾回收器：G1详解

作者：VioletTecQQ：595585575原创笔记，个人整理，欢迎并感谢指出错误。对应视频地址：<新一代垃圾回收器：G1详解_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili>视频内的PPT在本笔记的同一压缩包下文档MarkDown下载链接：https://wwa.lanzous.com/i1nVVjs84ba

1. Java的GC简介：

在了解G1之前，我们先回顾一下GC的历史以及各种GC算法和GC收集器对象的新建（new）后，会存储在堆中，image-20201226144227153而我们的堆内存不可能无限大，但是Java中我们总是new一个对象而没有释放一个对象，那么一定有一个回收器在背后默默的帮助我们释放内存，这个回收器就是我们的GC（Garbage Collecotr）垃圾回收器。

1.1 什么是垃圾？

不能被GC Root引用到的对象就是垃圾，能被GC Root引用到的对象一定不是垃圾。image-20201226144513082

1.2 什么是GC Root？

在运行时方法区中，栈中的一个栈帧中的本地变量表（LVA）中，某一个插槽（slot）引用了堆中的对象，那么这个被引用的对象可以被称作一个GC Root。哪些对象可以作为 GC Roots 的对象：【重点补充】

  • 虚拟机栈中局部变量（也叫局部变量表）中引用的对象
  • 方法区中类的静态变量、常量引用的对象
  • 本地方法栈中 JNI (Native方法)引用的对象

能被GC Root中引用到的就称之为活对象，不能被GC Root引用到的就称之为死对象image-20201226145509222

1.3 各种GC收集器和GC算法

1.3.1 GC收集器

image-20201226150352443

1.3.2 GC算法

image-20201226150330476

1.4 GC的分代假设

image-20201226150751473IBM曾经做过一个调查，在一个Java程序中，98%的对象都是朝升夕死的。所以我们在JVM的堆中划分出两个区域（代）

  • 年轻代（Yong）：用于存储刚创造出的对象
  • 老年代（Old）：经历了15次GC以上的对象 / 大对象 / 空间分配担保

image-20201226151544934

2. 古典时代的GC：Serial/Parallel

大部分的产品都是从简单到复杂进行演化，GC也一样，古典时代的Serial/Parallel算法也非常简单，只有并行和串行两种方式。

2.1 Serial收集器

（串行收集器【单线程垃圾处理器】）

  • 年轻代Serial

  • 老年代SerialOld

  • **特点：**串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器 可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收

    • 新生代、老年代使用串行回收
    • 新生代复制算法
    • 老年代标记 - 清除 - 压缩算法

  • 相关命令： -XX:+UseSerialGC

2.2 Parallel收集器

（并行收集器【多线程垃圾处理器】）

  • 年轻代：Parallel Scavenge
  • 老年代：Parallel Old
  • **特点：**类似 ParNew， 新生代复制算法 老年代标记 - 清除 - 压缩算法 更加关注吞吐量
  • 相关命令： -XX:+UseParallelGC
    • Parallel 收集器 + 老年代串行-XX:+UseParallelOldGC
    • Parallel 收集器 + 老年代并行

3. 中古时代的GC：CMS

CMS：（Concurrent Mark Sweep）并行标记清除算法

  • 低延时的系统
  • 不进行Compact （压缩）
  • 用于老年代
  • 配合Serial/ParNew使用 （由于Parallel Scavenge算法无法和CMS一起用，所以就开发了一个ParNew算法用于年轻代的回收
    • ParNew
      • 新生代并行
      • 老年代串行
      • Serial 收集器新生代的并行版本 在新生代回收时使用复制算法 多线程，需要多核支持相关命令：-XX:+UseParNewGC（new 代表新生代，所以适用于新生代） -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量
  • Remove in JEP363 （JEP 363: Remove the Concurrent Mark Sweep (CMS) Garbage Collector (java.net)）

image-20201226151738506

3.1 CMD收集器中的Remark

由于你和工作线程在并行执行，所以工作线程可能会干扰你的垃圾回收标记（GC标记的是活对象，没有标记的对象都会被清除），所以在真正回收之前，会（Stop-The-World）停止工作线程，重新进行一次标记，防止由于正在运行中的工作线程的干扰而出现错误（比如工作线程又新建了一个对象，但是GC没有标记，会误杀）。但是通常这个（Stop-The-World）会用时比较短。

4. 现代的GC：G1【重点】

G1的设计目标：

  • 尽可能进行自动调优

  • 尽可能小于你所设置的GC延迟时间限制

  • 用于代替CMS

4.1 GC的发展史

GC收集器的发展顺序从左上角到右下角（Serial —> Parallel —> CMS —> G1）image-20201226153445246

4.2 为什么会出现G1收集器？

由于现在堆内存越来越大（32G / 64G / 128G），以及人们对性能的追求，之前的简单算法已经无法满足我们的需要，我们只能进行对算法的优化来进行降低GC带来的延迟。迄今为止，所有的串行/并行/CMS都是要么不回收，要么回收整个年轻代/老年代，会造成很高的延迟但是G1并不会这样，它适合在大的堆中工作。

4.3 G1收集器的特性

在G1中，传统上的堆内存结构被抛弃image-20201226154852556

4.4 G1收集器的内存布局

  • 将堆分成若干个等大的区域
  • -XX:G1HeapRegionSize=N （2048 by default【默认2048个region】）
    • 一个Region大小： 堆内存/Region个数

G1中的堆内存布局并非连续的。image-20201226154918861一个region就是一个小方块。默认大小是 堆内存/2048，即一个堆中有2048个region

4.5 G1收集器的内部细节

  • 无需回收整个堆，而是选择一个Collection Set（CS）
  • 有两种GC
    • Fully yong GC（全年轻代GC）
    • Mixed GC（混合GC【包含了一次全年轻代GC】）
  • 可以估计每一个Region中的垃圾比例，优先回收垃圾多的Region
    • That’s why it’s called Garbage First（G1）

4.6 G1收集器存在的问题

  • 老年代和年轻代的跨代引用（老年代可能会持有年轻代的引用）
  • 不同Region之间的相互调用

解决问题方法：image-20201226202615146

4.7 如何解决这个问题？

为了解决这个问题，G1在每一个Region中，都添加了两个表用于记录被引用的对象

  • Card Table
    • 表中的每个entry覆盖512Byte的内存空间
    • 当对应的内存空间发生改变时（如赋值操作的时候，会将该对象所在卡片标记），标记为dirty
  • RememberSet（RSet）
    • 指向Card Table中对应的entry
    • 可找到具体内存区域
  • 空间换时间
    • 用额外的空间维护引用信息
    • 5%~10% memory overhead

image-20201226202837350当Region2被回收器回收时，先检查RSet中是否有被其他的Region引用，若有，则根据RSet中的card进行扫描该对象是否也需要回收。

4.7.1 什么时候将Card放进RSet中？

当进行赋值操作的时候，进行一个Write Barrier操作。object.field = <reference> (putfield)即在赋值的时候，更新被引用对象的RSet，添加object对象所在的entry到被引用对象的RSet

  • 当更新指针时
    • 标记Card为dirty
    • 将Card存入Dirty Card Queue
    • 白/绿/黄/红四个颜色image-20201226210823697

最新文章

×