JAVA面试-JVM篇 02-G1垃圾收集器的工作原理是什么与CMS的区别

G1垃圾收集器工作原理与CMS区别

一、文章概述

G1(Garbage-First)是JDK9默认的垃圾收集器,全面取代CMS。它打破了传统分代收集的物理限制,采用Region分区设计,兼顾吞吐量与低延迟,支持用户设置最大停顿时间。本文讲解G1核心工作原理,并通过表格对比其与CMS的关键差异。

二、G1核心工作原理

G1将整个Java堆划分为多个大小相等的Region (默认2048个),每个Region可动态作为Eden、Survivor、老年代或大对象区(Humongous)。其核心思想是优先回收垃圾最多的Region,在有限时间内获得最高回收效率。

G1核心收集流程(STW阶段已加粗)

#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm p{margin:0;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .label text,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node rect,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node circle,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node ellipse,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node polygon,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .rough-node .label text,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node .label text,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .image-shape .label,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .rough-node .label,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node .label,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .image-shape .label,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .icon-shape,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .icon-shape p,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-G281qQnPVdNeigKm :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} **初始标记 STW**
并发标记
**最终标记 STW**
**筛选回收 STW**

阶段说明:

  1. 初始标记:标记GC Roots直接关联对象,停顿极短
  2. 并发标记:与用户线程并行,遍历堆标记存活对象
  3. 最终标记:修正并发阶段的引用变动,短暂停顿
  4. 筛选回收:G1特有阶段,根据用户设置的停顿时间,优先回收垃圾最多的Region,采用复制算法整理内存

三、G1与CMS核心区别

对比维度 G1收集器 CMS收集器
底层结构 整堆Region分区 物理分代(年轻代+老年代)
收集范围 整堆收集 仅老年代收集
核心算法 标记-复制+标记-整理 标记-清除
内存碎片 无碎片(复制整理) 大量内存碎片
停顿控制 支持设置最大停顿时间 无法预测停顿时间
大对象处理 专门Humongous区 直接进入老年代
适用场景 大堆、低延迟、高吞吐量 中小堆、纯低延迟场景

总结

G1通过Region分区和优先回收策略,从根本上解决了CMS的内存碎片问题,实现了可预测的低延迟。它兼顾了吞吐量和响应时间,是现代JVM的首选收集器;而CMS作为经典的并发收集器,其设计思想为G1等新一代收集器奠定了基础。

相关推荐
卷福同学2 小时前
第一次当面试官有感
后端·面试
IT枫斗者枫哥2 小时前
MyBatis一对多分页:LIMIT 20,为什么凑不齐20个订单?
java·数据库
代码方舟2 小时前
Java数据工程:利用天远全网运营商三要素优化线上实名认证合规体验
java·人工智能
BBmmo2 小时前
我的 Java 学习笔记 · 第 7 篇:泛型与通配符
java
怕浪猫2 小时前
顶级模型一句话,AI 写出了能玩的 QQ飞车
前端·面试·github
独泪了无痕2 小时前
Hutool之RandomUtil:随机数生成的终极利器
java·后端
呃呃呃呃ex2 小时前
9. TypeScript:从类型系统到工程实践
前端·面试
花开路口2 小时前
深入理解 Java/Kotlin 协变与逆变
java·kotlin
运行时异常2 小时前
【WMS 仓储系统集成 AI Agent 实战】第 7 讲:Vue3 前端工程化——Token 刷新锁、Markdown 渲染踩坑与权限体系
java
她的男孩2 小时前
开放接口限流从 20 改到 200 还是每分钟 20 次:拆完防重放+幂等+限流,我找到 5 个静默失效的坑
java·后端·架构