G1系统概括

G1（Garbage-First）垃圾回收器是为现代多核处理器设计的一种服务器端垃圾收集器，旨在满足应用程序对低延迟和高吞吐量的需求。它在Java 7 Update 4及之后的版本中引入，并从Java 9开始成为默认的垃圾收集器。下面是对G1垃圾回收器的一个系统介绍。

G1的主要特性

1. 分区堆内存：

   • G1将整个堆划分为多个大小相等的区域（Region），每个区域可以是Eden、Survivor或Old区域的一部分。这种划分允许G1更加灵活地管理不同代的数据，并能够针对各个区域独立进行垃圾收集。

2. 可预测的暂停时间：

   • 用户可以通过设置-XX:MaxGCPauseMillis=<N>来指定最大GC停顿时间的目标。G1会尝试根据这个目标调整其收集行为，以尽量满足这一要求。

3. 并行与并发操作：

   • G1能够在应用线程运行的同时执行部分垃圾收集工作，这有助于减少GC对应用性能的影响。例如，G1可以在应用运行时执行标记阶段的工作。

4. 自动调整：

   • G1具有自我调优的能力，可以根据应用程序的行为自动调整其行为以优化性能。例如，它可以动态调整新生代和老年代的比例。

5. 处理巨型对象：

   • 对于非常大的对象（超过一定阈值），G1提供了专门的“巨型区域”（Humongous Region）用于直接分配这些对象，避免了由于它们而引起的额外碎片化问题。

G1的工作流程

1. 初始标记（Initial Marking）：

   • 在此阶段，G1会短暂暂停应用线程，标记出所有直接可达的对象。这部分通常与其他操作（如Young GC）同时进行以减少停顿时间。

2. 并发标记（Concurrent Marking）：

   • 这个阶段会在应用继续运行的同时进行，G1会遍历堆中的对象图，找出哪些对象是可以回收的。此过程可能需要多次迭代才能完成。

3. 最终标记（Final Marking）：

   • 短暂暂停应用线程，处理任何剩余的引用更新缓冲区（SATB）以及重新标记那些在并发标记期间发生变化的对象。

4. 清理（Cleanup）：

   • 计算各个区域的存活对象数量，准备进行空间回收。某些情况下也会立即回收完全为空的区域。

5. 复制/压缩（Copy/Cleanup）：

   • 根据之前计算的结果，G1会选择一些包含最多垃圾的区域优先进行回收，这也是“Garbage-First”的由来。在此过程中，存活的对象会被移动到新的位置，从而实现内存的整理和碎片消除。

使用G1的优势

• 灵活性：通过区域化的堆管理和自适应调节机制，G1能够更好地适应不同类型的应用场景。
• 可控性：用户可以设置期望的最大GC停顿时间，帮助达到特定的服务水平协议(SLA)。
• 效率：相较于传统的CMS或Parallel GC，G1能提供更低的停顿时间和更高的资源利用率。

总之，G1是一个高度可配置且强大的垃圾收集器，特别适合需要平衡响应时间和吞吐量的大规模应用。然而，为了充分利用G1的优势，开发者可能需要花费一些时间了解其内部机制并对相关参数进行适当的调整。