G1 GC 和分代收集 GC的区别

在G1 GC之前的许多垃圾回收器，例如串行GC（Serial GC）、并行GC（Parallel GC）和CMS（Concurrent Mark-Sweep GC），都基于传统的分代收集（Generational Collection）策略，通常在较大的、连续的内存块上进行操作。这些垃圾回收器的工作原理如下：

1. 串行GC（Serial GC）

特点：所有垃圾回收工作在单线程上进行。
适用场景：适用于单处理器机器或小型堆。
内存布局：将堆分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
垃圾回收：每次GC暂停应用程序，进行复制、标记-清除或标记-压缩的回收操作。

2. 并行GC（Parallel GC）

特点：垃圾回收工作在多个线程上并行进行。
适用场景：适用于多处理器机器，注重高吞吐量的应用。
内存布局：同样将堆分为年轻代和老年代。
垃圾回收：年轻代采用多线程的标记-复制算法；老年代采用多线程的标记-压缩算法。

3. CMS（Concurrent Mark-Sweep GC）

特点：专注于减少老年代GC的停顿时间。
适用场景：适用于需要低停顿时间的交互式应用。
内存布局：堆同样分为年轻代和老年代。
垃圾回收 ：
- 年轻代：使用多线程的标记-复制算法。
- 老年代：使用并发标记和并发清除阶段，只在必要时暂停应用程序。

分代收集策略

这些传统的GC策略通常采用分代收集策略，将堆内存分为年轻代和老年代：

年轻代（Young Generation）：包括Eden区和两个Survivor区，存放短命对象。年轻代GC（Minor GC）通常是频繁且快速的。
老年代（Old Generation）：存放长命对象。老年代GC（Major GC或Full GC）通常是较少且较慢的。

传统GC的内存操作

传统GC策略在连续的内存块上进行操作：

复制收集（Copying Collection）：将活跃对象从Eden区复制到Survivor区，或者从Survivor区复制到老年代。
标记-清除（Mark-Sweep）：标记活跃对象，然后清除未标记的对象，可能会导致内存碎片。
标记-压缩（Mark-Compact）：标记活跃对象后，将其移动到一块连续的内存区域，以消除碎片。

G1 GC的创新

与这些传统的垃圾回收器不同，G1 GC引入了区域化（Region-based）内存管理，将堆划分为多个相同大小的区域（Regions），每个区域可以动态地充当Eden、Survivor或Old的一部分。这样做的优势在于：

灵活的内存管理：通过按需回收最优区域，减少了长时间停顿。
减少碎片：通过回收和压缩内存区域，有效减少内存碎片。
并发标记和回收：在应用程序运行时并发进行标记和回收工作，减少停顿时间。

因此，G1 GC在很多情况下比传统的GC策略更能满足现代应用对低停顿、高吞吐的需求。

如果内存不连续，那么回收的时候不是需要寻址吗，这不是降低了性能吗？

是的，在非连续内存空间上进行操作确实可能会增加寻址的复杂性和开销。然而，G1垃圾回收器通过区域化（Region-based）内存管理策略来优化性能，尽量减少这些潜在的开销。以下是G1 GC如何处理和优化非连续内存回收的几个关键点：

1. 区域化内存管理

G1 GC将堆划分为大小相等的区域（Regions），每个区域的大小通常为1MB到32MB（可以通过参数-XX:G1HeapRegionSize设置）。这些区域可以独立地充当Eden区、Survivor区或Old区的一部分。这种区域化管理提供了以下优势：

灵活性：每个区域可以动态地转换其用途，根据需要在年轻代和老年代之间切换，从而提高内存利用率。
并行处理：多个GC线程可以并行处理不同的区域，提高垃圾回收的效率。

2. 优先回收高垃圾区域

G1 GC使用一种叫做"Garbage-First"的策略，优先回收包含最多垃圾的区域。通过这种方式，G1 GC每次回收可以最大化收益，即每次回收尽可能多的垃圾，从而减少回收频率和整体开销。

3. 并发标记和压缩

G1 GC在标记阶段使用并发标记算法，在应用程序运行的同时进行对象存活性分析。以下是具体的步骤：

并发标记（Concurrent Marking）：在应用程序运行时进行对象存活性分析，减少了应用程序的停顿时间。
最终标记（Remark）：短暂的"Stop-the-World"暂停，用于处理并发标记期间发生的引用变化。
清理和压缩（Cleanup and Compaction）：在需要时对内存进行压缩，将存活对象移动到新的区域，消除内存碎片。

4. 低延迟和高吞吐

尽管G1 GC在非连续的内存区域上工作，它通过并行和并发机制，尽量减少了内存寻址的开销：

并行处理：多个GC线程并行工作，提高垃圾回收的效率。
并发处理：标记和部分回收工作在应用程序运行时进行，减少了"Stop-the-World"暂停时间。

5. 内存访问的局部性

虽然G1 GC在非连续的内存区域上工作，但它在回收过程中尽量保证内存访问的局部性（locality），即在一次回收操作中尽量处理邻近的内存区域，以减少寻址的开销。

6. 适应性调优

G1 GC可以根据应用程序的运行情况动态调整区域的大小和数量，以及垃圾回收的频率和力度。这样，可以在低延迟和高吞吐之间找到最佳平衡点。例如，通过参数-XX:MaxGCPauseMillis设置目标最大停顿时间，G1 GC会调整其行为以尽量满足这个目标。

具体参数配置

使用G1 GC的一些关键配置参数示例如下：

bash 复制代码

-XX:+UseG1GC \
-XX:MaxGCPauseMillis=200 \
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 \
-XX:G1HeapRegionSize=8m \
-XX:ParallelGCThreads=8 \
-XX:ConcGCThreads=4 \
-Xms16g -Xmx16g

-XX:+UseG1GC：启用G1垃圾回收器。
-XX:MaxGCPauseMillis=200：设定目标最大停顿时间（毫秒）。
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45：设定并发标记周期的启动堆占用率阈值。
-XX:G1HeapRegionSize=8m：设定G1堆区域大小。
-XX:ParallelGCThreads=8：设定并行GC线程数。
-XX:ConcGCThreads=4：设定并发GC线程数。
-Xms16g -Xmx16g：设置堆的初始大小和最大大小。

通过这些机制和优化策略，G1 GC在非连续内存管理中的性能损耗被有效地最小化，提供了低停顿和高吞吐的优势。

G1 GC 和 分代收集 GC的区别