【JVM】二十、深入G1垃圾回收器，Java高效内存清理技巧大公开！
本文将深入介绍G1垃圾回收器，了解G1垃圾回收器的优势
1、深度剖析ParNew和CMS的常见难题
在之前的讲解中，我们已经对垃圾回收机制进行了详细的阐述，包括ParNew和CMS这两个垃圾回收器如何分别针对新生代和老年代进行垃圾回收的工作原理，相信大家对此已经有了深入的理解。
接下来，我们来探讨一下当前使用ParNew和CMS垃圾回收器时，我们面临的问题是什么？
首先，最严重的问题就是“Stop the World”现象！
无论是对新生代还是老年代进行垃圾回收，都不可避免地会引发“Stop the World”现象，这对系统的运行产生了一定的负面影响。
因此，实际上，后续对垃圾回收器的优化工作，都是以减少“Stop the World”现象为目标进行的。
在这个背景下，G1垃圾回收器应运而生，它能提供比“ParNew + CMS”组合更优秀的垃圾回收性能。
2、G1垃圾回收器详解
G1垃圾回收器是一种高效的垃圾回收器，它能够同时处理新生代和老年代的对象，无需其他垃圾回收器的配合，独立完成所有的垃圾回收任务。
G1垃圾回收器的最大特点是将Java堆内存划分为多个大小相等的Region（区域）。这种划分方式使得G1垃圾回收器能够更加灵活地管理内存，有效地控制内存使用，并减少内存碎片的产生。如下图。
然后G1也会有新生代和老年代的概念，但是只不过是逻辑上的概念
也就是说，新生代可能包含了某些Region，老年代可能包含了某些Reigon，如下图。
G1垃圾回收器的一个显著特点便是它允许我们设定一个预期的垃圾回收停顿时间。换言之，我们可以明确指定，例如，希望在垃圾回收过程中，由G1导致的“Stop the World”现象，即系统暂停的时间，在一小时内不得超过一分钟。
这一特性的重要性不言而喻。如果我们理解了之前关于JVM优化的核心思路，就会明白，我们对内存进行合理分配，调整各种参数，主要目的是为了尽量减少Minor GC和Full GC的发生，以减少由垃圾回收引起的系统停顿，从而避免对系统处理请求造成影响。
然而，现在，我们可以直接向G1指定，在特定的时间段内，由垃圾回收引发的系统停顿时间不能超过某个设定值，G1会全权负责，确保达到这个目标。
这样一来，我们便能够直接控制垃圾回收对系统性能的影响，从而更精确地管理和优化系统的运行效率。
3、G1垃圾回收器如何让系统如丝般顺滑？
为了实现G1垃圾回收器的目标，它需要对每个Region中的回收价值进行追踪。那么，什么是回收价值呢？
回收价值是指一个Region中可以回收的垃圾对象的数量以及回收这些垃圾所需的时间。为了确定每个Region的回收价值，G1需要了解以下几个方面：
每个Region中有多少垃圾对象：这可以通过分析Region中的对象引用情况来确定。如果一个对象没有被任何其他对象引用，那么它就是垃圾对象。
对每个Region进行垃圾回收所需的时间：这取决于垃圾回收算法的效率以及垃圾对象的数量和分布。
回收每个Region中垃圾对象所能够回收的内存空间：这可以通过计算垃圾对象所占用的内存空间来得出。
通过以下示例，我们可以看到G1如何追踪不同Region的回收价值：
- 在第一个Region中，有10MB的垃圾对象。根据G1的追踪结果，回收这些垃圾对象需要耗费1秒钟的时间。
- 在另一个Region中，有20MB的垃圾对象。根据G1的追踪结果，回收这些垃圾对象需要耗费200毫秒的时间。
在垃圾回收过程中，G1会检测到在最近的一段时间内，例如1小时，垃圾回收已经引起了几百毫秒的系统停顿。如果现在需要进行另一次垃圾回收，那么应该选择那个只需要200毫秒就能回收掉20MB垃圾的Region。
因此，G1触发了一次垃圾回收，尽管这可能导致系统停顿了200毫秒，但是这次回收一次性清理了更多的垃圾，即20MB的垃圾。如下图。
G1是一种垃圾回收器，它的核心设计思路是允许用户来设定垃圾回收对系统的影响程度。具体来说，G1通过将内存拆分为大量的小Region，并且追踪每个Region中可以回收的对象大小和预估时间。这样，在进行垃圾回收时，G1会尽量控制垃圾回收对系统造成的影响在用户指定的时间范围内，同时在有限的时间内尽可能多地回收垃圾对象。
通过这种设计，G1可以在保证系统性能的同时，有效地进行垃圾回收。用户可以根据自身需求设定垃圾回收的时间范围，从而平衡系统的性能和垃圾回收的效率。
总结一下，G1的核心设计思路是通过内存拆分和对象追踪，控制垃圾回收对系统的影响，并在有限的时间内尽量回收更多的垃圾对象，以满足用户对系统性能和垃圾回收效率的需求。
4、揭秘Region的双重身份，是新生代还是老年代？
在G1垃圾回收器中，每个Region都有可能属于新生代或老年代。
初始时，Region可能不属于任何代，随后被分配给新生代，并存储了大量属于新生代的对象。当达到一定的条件后，会触发对该Region的垃圾回收操作。如下图。
然后下一次同一个Region可能又被分配了老年代了，用来放老年代的长生存周期的对象，如下图所示。
在G1垃圾回收器的内存模型中，新生代和老年代的内存分配是动态调整的。这意味着，并不存在固定的规则来划分新生代和老年代各自的内存大小。
在G1中，一个Region（区域）可能会在不同的时间点被分配给新生代或老年代，这取决于当前的垃圾收集需求和系统负载。因此，我们无法简单地说“新生代应该分配多少内存”或“老年代应该分配多少内存”。
实际上，新生代和老年代的内存区域是不断变化的，由G1算法自动管理。这种设计使得G1能够根据应用程序的实际运行情况，灵活地调整内存分配，以实现高效的垃圾回收。
5、本文总结
本文将为您详细介绍G1垃圾回收器的设计思想。G1垃圾回收器是一种基于分代的垃场回收器，它的核心设计思想是将Java堆划分为多个独立的Region（区域）。
首先，G1垃圾回收器将Java堆分为多个大小相等的Region，每个Region都可以独立地进行垃圾回收。这些Region被进一步划分为两个类型：新生代和老年代。新生代用于存储新生成的对象，而老年代用于存储长时间存活的对象。
在G1垃圾回收器的运行过程中，Region会根据需要动态地从新生代转移到老年代。这种动态转移机制使得G1垃圾回收器能够根据对象的生命周期进行合理的内存分配，从而提高垃圾回收的效率。
当触发垃圾回收时，G1垃圾回收器会根据预设的系统停顿时间目标来选择回收的Region。它会优先选择那些既能最小化回收时间又能最大化回收对象数量的Region进行垃圾回收。这样，G1垃圾回收器能够在保证系统停顿时间在可控范围内的情况下，尽可能地回收最多的对象。
总结起来，G1垃圾回收器通过将Java堆划分为多个独立的Region，并根据对象的生命周期动态地分配内存，以及根据预期系统停顿时间选择最优的Region进行垃圾回收，实现了高效的垃圾回收性能。