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G1原理及调优
1 G1简介
G1(Garbage-First）是一款面向服务器的垃圾收集器，支持新生代和老年代空间的垃圾收集，主要针对配备多核处理器及大容量内存的机器，G1最主要的设计目标是: 实现可预期及可配置的STW停顿时间
2 G1堆空间划分
- Region
为实现大内存空间的低停顿时间的回收，将划分为多个大小相等的Region。每个小堆区都可能是 Eden区，Survivor区或者Old区，但是在同一时刻只能属于某个代
在逻辑上, 所有的Eden区和Survivor区合起来就是新生代，所有的Old区合起来就是老年代，且新生代和老年代各自的内存Region区域由G1自动控制，不断变动
- 巨型对象
当对象大小超过Region的一半，则认为是巨型对象(Humongous Object)，直接被分配到老年代的巨型对象区(Humongous regions)，这些巨型区域是一个连续的区域集，每一个Region中最多有一个巨型对象，巨型对象可以占多个Region
G1把堆内存划分成一个个Region的意义在于：
- 每次GC不必都去处理整个堆空间，而是每次只处理一部分Region，实现大容量内存的GC
- 通过计算每个Region的回收价值，包括回收所需时间、可回收空间，在有限时间内尽可能回收更多的内存，把垃圾回收造成的停顿时间控制在预期配置的时间范围内，这也是G1名称的由来: garbage-first
3 G1工作模式
针对新生代和老年代，G1提供2种GC模式，Young GC和Mixed GC，两种会导致Stop The World
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Young GC 当新生代的空间不足时，G1触发Young GC回收新生代空间 Young GC主要是对Eden区进行GC，它在Eden空间耗尽时触发，基于分代回收思想和复制算法，每次Young GC都会选定所有新生代的Region，同时计算下次Young GC所需的Eden区和Survivor区的空间，动态调整新生代所占Region个数来控制Young GC开销
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Mixed GC 当老年代空间达到阈值会触发Mixed GC，选定所有新生代里的Region，根据全局并发标记阶段(下面介绍到)统计得出收集收益高的若干老年代 Region。在用户指定的开销目标范围内，尽可能选择收益高的老年代Region进行GC，通过选择哪些老年代Region和选择多少Region来控制Mixed GC开销
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G1的正常处理流程中没有Full GC，只有在垃圾回收处理不过来(或者主动触发)时才会出现， G1的Full GC就是单线程执行的Serial old gc，会导致非常长的STW，是调优的重点，需要尽量避免Full GC，常见原因如下：
4 全局并发标记
全局并发标记主要是为Mixed GC计算找出回收收益较高的Region区域，具体分为5个阶段
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阶段 1: 初始标记(Initial Mark) 暂停所有应用线程（STW），并发地进行标记从 GC Root 开始直接可达的对象（原生栈对象、全局对象、JNI 对象），当达到触发条件时，G1 并不会立即发起并发标记周期，而是等待下一次新生代收集，利用新生代收集的 STW 时间段，完成初始标记，这种方式称为借道（Piggybacking）
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阶段 2: 根区域扫描（Root Region Scan） 在初始标记暂停结束后，新生代收集也完成的对象复制到 Survivor 的工作，应用线程开始活跃起来； 此时为了保证标记算法的正确性，所有新复制到 Survivor 分区的对象，需要找出哪些对象存在对老年代对象的引用，把这些对象标记成根(Root)； 这个过程称为根分区扫描（Root Region Scanning），同时扫描的 Suvivor 分区也被称为根分区（Root Region）； 根分区扫描必须在下一次新生代垃圾收集启动前完成（接下来并发标记的过程中，可能会被若干次新生代垃圾收集打断），因为每次 GC 会产生新的存活对象集合
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阶段 3: 并发标记（Concurrent Marking） 标记线程与应用程序线程并行执行，标记各个堆中Region的存活对象信息，这个步骤可能被新的 Young GC 打断 所有的标记任务必须在堆满前就完成扫描，如果并发标记耗时很长，那么有可能在并发标记过程中，又经历了几次新生代收集
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阶段 4: 再次标记(Remark) 和CMS类似暂停所有应用线程（STW），以完成标记过程短暂地停止应用线程, 标记在并发标记阶段发生变化的对象，和所有未被标记的存活对象，同时完成存活数据计算
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阶段 5: 清理(Cleanup) 为即将到来的转移阶段做准备, 此阶段也为下一次标记执行所有必需的整理计算工作：
- 整理更新每个Region各自的RSet(remember set，HashMap结构，记录有哪些老年代对象指向本Region，key为指向本Region的对象的引用，value为指向本Region的具体Card区域，通过RSet可以确定Region中对象存活信息，避免全堆扫描)
- 回收不包含存活对象的Region
- 统计计算回收收益高（基于释放空间和暂停目标）的老年代分区集合
5 G1调优注意点
Full GC问题
G1的正常处理流程中没有Full GC，只有在垃圾回收处理不过来(或者主动触发)时才会出现， G1的Full GC就是单线程执行的Serial old gc，会导致非常长的STW，是调优的重点，需要尽量避免Full GC，常见原因如下：
- 程序主动执行System.gc()
- 全局并发标记期间老年代空间被填满（并发模式失败）
- Mixed GC期间老年代空间被填满（晋升失败）
- Young GC时Survivor空间和老年代没有足够空间容纳存活对象
类似CMS，常见的解决是：
- 增大-XX:ConcGCThreads=n 选项增加并发标记线程的数量，或者STW期间并行线程的数量：-XX:ParallelGCThreads=n
- 减小-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 提前启动标记周期
- 增大预留内存 -XX:G1ReservePercent=n ，默认值是10，代表使用10%的堆内存为预留内存，当Survivor区域没有足够空间容纳新晋升对象时会尝试使用预留内存
巨型对象分配
巨型对象区中的每个Region中包含一个巨型对象，剩余空间不再利用，导致空间碎片化，当G1没有合适空间分配巨型对象时，G1会启动串行Full GC来释放空间。可以通过增加 -XX:G1HeapRegionSize来增大Region大小，这样一来，相当一部分的巨型对象就不再是巨型对象了，而是采用普通的分配方式
不要设置Young区的大小
原因是为了尽量满足目标停顿时间，逻辑上的Young区会进行动态调整。如果设置了大小，则会覆盖掉并且会禁用掉对停顿时间的控制
平均响应时间设置
使用应用的平均响应时间作为参考来设置MaxGCPauseMillis，JVM会尽量去满足该条件，可能是90%的请求或者更多的响应时间在这之内， 但是并不代表是所有的请求都能满足，平均响应时间设置过小会导致频繁GC.
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