[JVM]了断局: G1 入门

Myth丶恋晨 2022-11-30 05:53 169阅读 0赞

一.概念

二.核心设计思路

三.如何设定G1对应的内存大小

四.新生代还有Eden和Survivor的概念吗？

五.G1的新生代垃圾回收

六.什么时候触发新生代+老年代的混合垃圾回收？

七.G1垃圾回收的过程

八.回收失败时的Full GC

九.程序假死查验

十. G1参数

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# 一.概念 #

把Java堆内存拆分为多个大小相等的Region.

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.

G1最大的一个特点，就是可以让我们**设置一个垃圾回收的预期停顿时间**

希望G1在垃圾回收的时候,可以设置由G1垃圾回收导致的“Stop the World”时间,也就是系统停顿的时间. 其实我们对内存合理分配，优化一些参数，就是为了尽可能减少Minor GC和Full GC，尽量减少GC带来的系统停顿，避免影响系统处理请求。 直接可以给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全权给你负责，保证达到这个目标.相当于我们就可以直接控制垃圾回收对系统性能的影响了.

# 二.核心设计思路 #

G1可以做到让你来设定垃圾回收对系统的影响，他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。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，老年代给多少内存这一说了.

# 三.如何设定G1对应的内存大小 #

默认情况下自动计算和设置的，我们可以给整个堆内存设置一个大小，比如说用“-Xms”和“-Xmx”来设置堆内存的大小。

然后JVM启动的时候一旦发现你使用的是G1垃圾回收器，可以使用“-XX:+UseG1GC”来指定使用G1垃圾回收器，此时会自动用堆大小除以2048

因为JVM最多可以有2048个Region，然后Region的大小必须是2的倍数，比如说1MB、2MB、4MB之类的。

堆大小是4G，那么就是4096MB，此时除以2048个Region，每个Region的大小就是2MB。大概就是这样子来决定Region的数量和大小的，大家一般保持默认的计算方式就可以

手动方式来指定，则是“-XX:G1HeapRegionSize”

默认值:

刚开始的时候，默认新生代对堆内存的占比是5%，也就是占据200MB左右的内存，对应大概是100个Region，这个是可以通  过“-XX:G1NewSizePercent”来设置新生代初始占比的，其实维持这个默认值即可因为在系统运行中，JVM其实会不停的给新生代增加更多的Region，但是最多新生代的占比不会超过60%，可以通过“-XX:G1MaxNewSizePercent”。而且一旦Region进行了垃圾回收，此时新生代的Region数量还会减少，这些其实都是动态的。

# 四.新生代还有Eden和Survivor的概念吗？ #

在G1中虽然把内存划分为了很多的 Region，但是**其实还是有新生代、老年代的区分**.而且**新生代里还是有Eden和Survivor的划分**的.新生代的参数，“-XX:SurvivorRatio=8”，所以这里还是可以区分出来属于新生代的Region里哪些属于Eden，哪些属于Survivor。比如新生代之前说刚开始初始的时候，有100个Region，那么可能80个Region就是Eden，两个Survivor各自占10个Region.有Eden和Survivor的概念的，他们会各自占据不同的Region。只不过随着对象不停的在新生代里分配，属于新生代的Region会不断增加，Eden和Survivor对应的Region也会不断增加。

# 五.G1的新生代垃圾回收 #

随着不停的在新生代的Eden对应的Region中放对象，JVM就会不停的给新生代加入更多的Region，直到新生代占据堆大小的最大比例60%。一旦新生代达到了设定的占据堆内存的最大大小60%，比如都有1200个Region了，里面的Eden可能占据了1000个Region，每个Survivor是100个Region，而且Eden区还占满了对象.这个时候还是会触发新生代的GC，G1就会用之前说过的复制算法来进行垃圾回收，进入一个“Stop the World”状态.然后把Eden对应的Region中的存活对象放入S1对应的Region中，接着回收掉Eden对应的Region中的垃圾对象.但是这个过程跟之前是有区别的，因为G1是可以设定目标GC停顿时间的，也就是G1执行GC的时候最多可以让系统停顿多长时间，  
可以通过“-XX:MaxGCPauseMills”参数来设定，**默认值是200ms**

# 六.什么时候触发新生代+老年代的混合垃圾回收？ #

G1有一个参数，是“-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent”，他的默认值是45%.

如果老年代占据了堆内存的45%的Region的时候，此时就会尝试触发一个新生代+老年代一起回收的混合回收阶段

# 七.G1垃圾回收的过程 #

**初始标记** :

首先会触发一个“初始标记”的操作，这个过程是需要进入“Stop the World”的，仅仅只是标记一下GC Roots直接能引用的对象，这个过程速度是很快的。

**并发标记**:

接着会进入“并发标记”的阶段，这个阶段会允许系统程序的运行，同时进行GC Roots追踪，从GC Roots开始追踪所有的存活对象

这个并发标记阶段还是很耗时的，因为要追踪全部的存活对象。

但是这个阶段是可以跟系统程序并发运行的，所以对系统程序的影响不太大。

而且JVM会对并发标记阶段对对象做出的一些修改记录起来，比如说哪个对象被新建了，哪个对象失去了引用。

**最终标记阶段**:

这个阶段会进入“Stop the World”，系统程序是禁止运行的，

但是会根据并发标记 阶段记录的那些对象修改，最终标记一下有哪些存活对象，有哪些是垃圾对象

**混合回收**:

最后一个阶段，就是“混合回收“阶段，这个阶段会计算老年代中每个Region中的存活对象数量，存活对象的占比，还有执行垃圾回收的预期性能和效率。接着会停止系统程序，然后全力以赴尽快进行垃圾回收，此时会选择部分Region进行回收，因为必须让垃圾回收的停顿时间控制在我们指定的范围内。

比如说老年代此时有1000个Region都满了，但是因为根据预定目标，本次垃圾回收可能只能停顿200毫秒，那么通过之前的计算得知，可能回收其中800个Region刚好需要200ms，那么就只会回收800个Region，把GC导致的停顿时间控制在我们指定的范围内

其实老年代对堆内存占比达到45%的时候，触发的是“混合回收.也就是说，此时垃圾回收不仅仅是回收老年代，还会回收新生代，还会回收大对象.

**到底是回收这些区域的哪些Region呢？**

那就要看情况了，因为我们设定了对GC停顿时间的目标，所以说他会从新生代、老年代、大对象里各自挑选一些Region，  
保证用指定的时间（比如200ms）回收尽可能多的垃圾，这就是所谓的混合回收

# 八.回收失败时的Full GC #

如果在进行Mixed回收的时候，无论是年轻代还是老年代都基于复制算法进行回收，都要把各个Region的存活对象拷贝到别的Region去

此时万一出现拷贝的过程中发现没有空闲Region可以承载自己的存活对象了，就会触发 一次失败

一旦失败，立马就会切换为停止系统程序，然后采用单线程进行标记、清理和压缩整理，空闲出来一批Region，这个过程是极慢极慢的

# 九.程序假死查验 #

先用top查看一下机器负载

1.使用了大量内存,并且内存无法释放,导致GC:

(1). 内存使用率高,导致频繁full gc, gc带来的STW影响业务

(2).内存使用率过多.导致JVM发生OOM

(3).内存使用率过高,也许有的时候,导致这个进程因为申请内存不足,直接被操作系统把这个进程杀掉了

2.机器CPU负载过高,也许是某个进程耗尽CPU,导致你的服务线程无法获取到cpu资源

# 十. G1参数 #

**-XX:G1MixedGCCountTarget**

一般在老年代的Region占据了堆内存的Region的45%之后，会触发一个混合回收的过程，也就是Mixed GC.

在这里最后一个环节，其实就是执行混合回收，从新生代和老年代里都回收一些Region。但是最后一个阶段混合回收的时候，其实会停止所有程序运行，所以说G1是允许执行多次混合回收比如先停止工作，执行一次混合回收回收掉 一些Region，接着恢复系统运行，然后再次停止系统运行，再执行一次混合回收回收掉一些Region。有一些参数可以控制这个，比如“-XX:G1MixedGCCountTarget”参数，就是在一次混合回收的过程中，最后一个阶段执行几次混合回收，默认值是8次.意味着最后一个阶段，先停止系统运行，混合回收一些Region，再恢复系统运行，接着再次禁止系统运行，混合回收一些Region，反复8次.

假设一次混合回收预期要回收掉一共有160个Region，那么此时第一次混合回收，会回收掉一些Region，比如就是 20个Region(年轻代10个,老年代10个)。接着恢复系统运行一会儿，然后再执行一次“混合回收”(年轻代10个,老年代10个)如此反复执行8次混合回收阶段之后 ，不就把预订的160个Region都回收掉了？而且还把系统停顿时间控制在指定范围内。

**那么为什么要反复回收多次呢？**

因为你停止系统一会儿，回收掉一些Region，再让系统运行一会儿，然后再次停止系统一会儿，再次回收掉一些Region，这样可以尽  
可能让系统不要停顿时间过长，可以在多次回收的间隙，也运行一下

**-XX:G1HeapWastePercent**

“-XX:G1HeapWastePercent”，默认值是5%

在混合回收的时候，对Region回收都是基于复制算法进行的，都是把要回收的Region里的存活对象放入其他Region，然后这个Region中的垃圾对象全部清理掉.这样的话在回收过程就会不断空出来新的Region，一旦空闲出来的Region数量达到了堆内存的5%，此时就会 立即停止混合回收，意味着本次混合回收就结束了。而且从这里也能看出来G1整体是基于复制算法进行Region垃圾回收的，不会出现内存碎片的问题，不需要像CMS那样标记-清理之后，再进行内存碎片的整理。

**-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent**

默认值是85%

确定要回收的Region的时候，必须是存活对象低于85%的Region才可以进行回收

如果把85%的对象都拷贝到别的Region，这个**成本**是很高的。