前言
最近王子因為個人原因有些忙碌，導致文章更新比較慢，希望大家理解，之後也會持續和小夥伴們一起共同分享技術乾貨。
上篇JVM的文章中我們對ParNew和CMS垃圾回收器已經有了一個比較透徹的認識，感興趣的小夥伴可以去回看一下探索ParNew和CMS垃圾回收器。
今天我們繼續探索垃圾回收器G1的原理，讓我們開始吧！
G1的記憶體模型
G1是從jdk7開始出現的，在jdk9中被設為預設垃圾收集器，目標就是徹底替換掉CMS，那麼為什麼它可以替換掉CMS呢？
首先我們就來看看它的記憶體模型吧。
其實G1是可以同時回收年輕代和老年代的，他最大的特點就是把jvm堆記憶體拆分為了多個大小相等的Region，那麼還存在年輕代和老年代嗎？
答案是肯定的，不同的是新生代可能包含了某些Region，老年代也可能包含了某些Region，如下圖：
到底有多少Region？每個Region有多大呢？
其實這個預設情況下是自動計算的，假如我們給定整個堆記憶體大小為4096M，然後使用“-XX:+UseG1GC”指定垃圾回收器為G1，此時會自動用堆記憶體大小除以2048，因為JVM最多可以有2048個Region，然後Region的大小必須是2的倍數。
堆記憶體為4096M，就會分配給每個Region 2M的記憶體空間。我們使用G1預設的計算方式就可以了。
當然也可以通過引數“-XX:G1HeapRegionSize”來指定Region的大小。
新生代和老年代的預設比例是多少呢？
我們知道使用ParNew和CMS垃圾回收器時，新生代和老年代的預設比例是1:2，而使用G1後，預設新生代對堆記憶體的初始佔比是5%，這個可以通過“-XX:G1NewSizePercent”來設定初始佔比，一般不需要設定。
細心的小夥伴會發現，這裡說的佔比是初始佔比，因為系統執行的時候，JVM其實會不停的給新生代增加更多的Region，但是最多新生代的佔比不會超過60%，可以通過“-XX:G1MaxNewSizePercent”來設定。
而一旦發生了垃圾回收，新生代的Region數量還會減少，所以其實新生代和老年代的佔比不是一成不變的，而是動態改變的。
新生代還有eden和survivor嗎？
答案是肯定的，新生代還是有eden和survivor的，只不過記憶體佔用會隨著Region的增多而增大。
G1的停頓時間控制
除了記憶體的變化，G1還有一個最大的變化，就是可以讓我們設定一個垃圾回收的預期停頓時間，也就是說我們可以指定G1垃圾回收導致“Stop the World”的最長時間。
我們知道JVM一大痛點就是"Stop the World"，儘量減少它的時間就可以做到JVM的優化。
引入G1後，我們可以自己去設定這個停頓的最長時間了，相當於直接控制了垃圾回收的效能。
G1要做到這一點就要去追蹤每個Region的回收價值，那什麼是回收價值呢？大家看下圖：
比如兩個Region中，其中一個有10M的垃圾物件，垃圾回收需要耗時1s，另一個有20M的垃圾物件，垃圾回收耗時200ms。
然後G1進行垃圾回收的時候，發現最近1小時垃圾回收已經導致了幾百毫秒的系統停頓了，所以會選擇回收價值高的Region進行回收，200ms的時間就能回收掉20M的垃圾物件，回收價值相對較高，所以會選擇這個Region進行回收
G1控制停頓時間的思路，簡單來講就是，它會通過跟蹤Region的回收價值，儘可能的保證系統停頓時間在你設定的停頓時間範圍內。
G1的垃圾回收詳解
上文我們瞭解到新生代還是有eden和survivor的，那麼隨著新生代佔據堆記憶體大小的60%的時候，這個時候就會觸發新生代的GC，G1也會使用之前我們說過的複製演算法進行垃圾回收，進入一個“Stop the World”狀態。
但是這個過程與之前的Minor GC其實是有差別的，首先回收的物件變成了帶有垃圾物件的Region，然後回收的同時會根據設定的停頓時間進行價值回收，如上文所述。
什麼時候進入老年代呢？
這個可以說和之前是一模一樣的，簡單介紹如下：
新生代躲過多次垃圾回收後會進入老年代；
GC後存活物件超過Survivor區的50%，那麼會觸發動態年齡判定規則，符合規則的進入老年代。
具體細節不在說明，可以參考王子之前的文章秒懂JVM的垃圾回收機制，有詳細解釋。
需要注意的是，G1的大物件不是存到老年代中的，而是提供了專門的Region來存放大物件。
在G1中，大物件的判斷規則就是這個物件超過了一個Region大小的50%，比如Region是2M的，那如果你的物件超過了1M，就會被認定為大物件，做特殊處理。
而且如果這個大物件過大，可以橫跨多個Region進行儲存，如下圖：
老年代具體又是怎麼進行垃圾回收的呢？
這個過程說起來可能稍微複雜了一點，但是它和CMS的垃圾回收過程其實是類似的。關於CMS的垃圾回收的幾個階段可以回顧王子的上篇文章探索ParNew和CMS垃圾回收器。
首先我們要弄明白，什麼時候會觸發新生代和老年代的混合垃圾回收？
G1有一個引數“-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent”，預設值為45%。
什麼意思呢？就是說當老年代佔據了堆記憶體的45%的Regionf的時候，就會觸發混合垃圾回收。
具體流程是什麼樣的呢？
首先會觸發一次初始標記操作，這個過程是要“Stop the World”的，對應的就是CMS的初始標記階段，細節不再說明。
接著會進入併發標記階段，這個階段同樣對應CMS的併發標記階段，不再說明。
接著會進入最終標記階段，這個階段其實和CMS的重新標記階段也基本一致。
最後就是混合回收階段，這個階段和CMS的併發清理階段就不太一樣了，這個階段會計算每個Region中的存活物件數量，存活數量佔比，還有執行垃圾回收的耗時等問題。
接著會進入“Stop the World”階段，然後全力以赴進行垃圾回收，並儘量保證停止時間不超過我們設定好的時間，所以可能只會回收掉之前標記好的一部分垃圾物件。
為什麼要叫做混合回收呢，因為它不僅僅回收的是老年代，新生代和大物件的Region也會同時進行回收，而具體回收哪些Region就要視情況而定了，根據價值回收價值G1會自己做出選擇。
而混合回收是可以進行多次的，比如先停止系統，混合回收掉一部分Region，再停止系統，再執行一次混合回收。
有引數可以控制這個數量，“-XX:G1MixedGCCountTarget”引數，就是在一次混合回收的過程中，最後一個階段執行幾次，預設是8次。
為什麼要這樣反覆多次的回收呢？
因為這樣每次回收停止系統的時間都很短，在回收的間隙系統是可以正常執行的。
還有個引數“-XX:G1HeapWastePercent”,預設值是5%。
它的意思是，混合回收的時候，都是基於複製演算法進行的，把Region存活的物件放入其他Region，然後清除掉本來的Region。那麼當空閒的Region數量達到堆記憶體的5%，就會立即停止混合回收。
而通過這種複製演算法回收，也不會出現像CMS標記清理演算法導致的記憶體碎片問題。
還有個引數“-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent”，預設值是85%，意思就是回收Region的時候，存活的物件必須少於85%才可以被回收掉。否則存活物件太多，複製的時候成本是很高的。
如果回收失敗怎麼辦？
如果在複製的時候發現沒有空閒的Region可以承載存活的物件，那麼會觸發失敗，立馬停止系統程式，採用單執行緒進行標記、清理和壓縮整理，空閒出一批Region，這個過程是極慢的。
總結
本文我們對G1的記憶體機制和垃圾回收的演算法做了一個比較清晰的解釋。
閱讀完本文，相信小夥伴們自己可以總結出G1和CMS究竟有什麼不一樣了吧。
歡迎小夥伴們留言區討論G1和CMS的區別，王子會第一時間回覆。
那我們下篇文章再見。
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