【JVM】二十一、G1分代回收究竟如何让传统方法黯然失色？
本文将深入介绍G1垃圾回收器，了解G1分代回收究竟如何让传统方法黯然失色的
1、前文回顾
在上一篇文章中，我们详细解析了G1垃圾回收器的设计思想。其核心理念在于将内存分割为众多小的Region，并针对新生代和老年代各自分配一部分Region。在垃圾回收过程中，G1会优先挑选那些能实现最短停顿时间以及最多回收对象的Region，以尽可能确保达到预设的垃圾回收系统停顿时间。
在这篇文章中，我们将深入探讨G1垃圾回收器的工作流程。从对象在内存中的分配，到垃圾回收的触发，我们将逐步分析，帮助大家更好地理解G1垃圾回收器的工作原理。
2、如何为G1配置最佳内存量
大家看如下的图，我们都知道G1对应的是一大堆的Region内存区域，每个Region的大小是一致的。
首先，我们需要思考两个问题：有多少个Region？每个Region的大小是多少？
在默认情况下，这些值是自动计算和设置的。我们可以为整个堆内存设置一个大小，例如使用“-Xms”和“-Xmx”来设置堆内存的大小。当JVM启动时，如果发现使用的是G1垃圾回收器（可以通过“-XX:+UseG1GC”参数指定），它会自动将堆大小除以2048，因为JVM最多可以有2048个Region。同时，Region的大小必须是2的倍数，例如1MB、2MB、4MB等。
以堆大小为4GB（即4096MB）为例，将其除以2048个Region，每个Region的大小就是2MB。这就是决定Region数量和大小的方式，通常保持默认计算方式即可。
当然，也可以通过手动方式来指定，使用“-XX:G1HeapRegionSize”参数进行设置。如下图。
在JVM的G1垃圾收集器中，新生代堆内存的初始占比默认为5%，这意味着它大约占200MB的内存。这个比例大约对应于100个Region。这个初始占比可以通过"-XX:G1NewSizePercent"参数来设置。然而，通常情况下，保持这个默认值就足够了。
在系统运行过程中，JVM会动态地增加新生代的Region数量，但是新生代的最大占比不会超过60%，这可以通过"-XX:G1MaxNewSizePercent"参数进行限制。
此外，当一个Region进行了垃圾回收后，新生代的Region数量可能会减少，这都是JVM的动态调整过程。
从下面的图可以看出，一开始，只有一部分的Region被划分为新生代。
3、新生代对Eden和Survivor概念的重新定义
在G1垃圾收集器中，尽管内存被划分为多个Region，但实际上仍然存在新生代和老年代的区分。在新生代中，还进一步分为Eden区和Survivor区。因此，我们会发现之前学到的许多技术原理在G1时代仍然适用。
大家可能还记得之前提到过的一个关于新生代的参数：“-XX:SurvivorRatio=8”。这意味着我们仍然可以区分出属于新生代的Region中哪些是Eden区，哪些是Survivor区。
例如，在新生代初始时，如果有100个Region，那么可能有80个Region属于Eden区，两个Survivor区分别占据10个Region。如下图。
在理解JVM的内存管理时，我们需要明白，其实在这里，Eden区和Survivor区的概念是存在的，并且它们会各自占据不同的Region。
当我们在新生代中不断分配对象时，属于新生代的Region会不断增加。这是因为，随着对象的不断分配，JVM会为新的Region分配空间。同时，Eden区和Survivor区对应的Region也会相应地增加。
4、揭秘G1新生代垃圾回收的奥秘
由于G1的新生代同样存在Eden和Survivor的划分，因此，垃圾回收的触发机制与之前是相似的。
在不断向新生代的Eden区域对应的Region中放入对象的过程中，JVM会持续为新生代增加更多的Region，直至新生代占据堆内存的最大比例，即60%。
当新生代达到设定的占据堆内存最大比例60%时，比如已经包含1200个Region，其中，Eden可能占据了1000个Region，每个Survivor则占据了100个Region。此时，如果Eden区的对象也已经完全占满，那么情况将如下图所示。
在这个阶段，新生代的垃圾回收（GC）将会被触发。G1垃圾回收器会采用我们之前讨论过的复制算法来执行垃圾回收操作。在这个过程中，系统会进入一个“Stop the World”状态。
在这个状态下，G1垃圾回收器会将Eden区域中的存活对象移动到S1对应的Region中。然后，它会自动清理Eden区域中的垃圾对象，以释放空间。这个过程可以通过以下图像来理解。
然而，这个过程中存在一些差异，因为G1垃圾回收器允许我们设定目标的GC停顿时间。这意味着G1在执行垃圾回收时，可以设置系统的最大停顿时间。我们可以通过“-XX:MaxGCPauseMills”参数来设定这个值，其默认值是200毫秒。
基于这个设定，G1会通过之前提到的方法，对每个Region进行追踪，计算回收所需的时间和可回收的对象数量。然后，它会选择合适的Region进行部分回收，以确保垃圾回收的停顿时间控制在设定的范围内，并尽可能多地回收对象。
这种策略使得G1能够在控制垃圾回收的停顿时间的同时，尽可能地提高对象的回收率。
5、对象什么时候进入老年代？
在G1垃圾回收器的内存模型中，堆内存被划分为多个区域（Region），其中新生代和老年代各自占有一部分。默认情况下，新生代最多可以占据堆内存的60%的区域，而老年代则最多可以占据40%的区域，约为800个区域。
那么，对象何时会从新生代晋升到老年代呢？这个过程与之前的描述基本相同，主要涉及以下几个条件：
对象在新生代中经历了多次垃圾回收，达到了一定的年龄。这个年龄可以通过"-XX:MaxTenuringThreshold"参数进行设置。当对象的年龄达到这个阈值时，它将被移动到老年代。
动态年龄判定规则：如果在一次新生代垃圾回收后，存活的对象数量超过了Survivor区域的50%，则会触发动态年龄判定。例如，如果1岁、2岁、3岁和4岁的对象的大小总和超过了Survivor的50%，那么所有年龄大于等于4岁的对象都将被移动到老年代。这就是动态年龄判定规则。
通过下图可以看出，经过一段时间的新生代使用和垃圾回收后，总会有一些对象被晋升到老年代。
6、大对象Region
在当前的讨论中，大家可能会产生一个疑问：之前我们提到大对象可以直接进入老年代，那么在G1垃圾收集器的内存模型下，情况是如何的呢？
实际上，G1垃圾收集器在这个问题上做了一些改变。G1垃圾收集器提供了专门的Region来存放大对象，而不是让大对象进入老年代的Region中。
在G1垃圾收集器中，判断一个大对象的标准是，如果一个大对象的大小超过了一个Region大小的50%，那么这个大对象就会被放入专门用于存放大对象的Region中。例如，如果我们按照上面的例子，每个Region的大小是2MB，只要一个大对象的大小超过了1MB，那么这个大对象就会被放入专门用于存放大对象的Region中。
此外，如果一个大对象的大小非常大，它可能会横跨多个Region进行存储。如下图所展示的那样。
在G1垃圾回收器中，堆内存被划分为多个Region，其中60%的Region用于存放新生代对象，40%的Region用于存放老年代对象。那么，大对象是如何存放的呢？
首先，我们需要明确的是，在G1垃圾回收器中，新生代和老年代的Region是在不断变化的。例如，假设新生代现在占据了1200个Region，但在一次垃圾回收之后，可能有1000个Region变得空了。这时，这1000个Region就不再属于新生代，而是可以被用来存放大对象。
接下来，我们可能会问，既然大对象不属于新生代和老年代，那么何时会触发对这些大对象的垃圾回收呢？
其实，当新生代和老年代进行垃圾回收时，大对象Region也会被一同回收。这就是在G1内存模型下，大对象的分配和回收策略。