揭秘 G1 垃圾收集器：理解其工作原理

G1 垃圾收集器：革新 Java 内存管理的创新方法

在 Java 应用程序中，内存管理对于确保应用程序的平稳运行至关重要。垃圾收集器负责回收不再使用的内存，从而防止内存泄漏和应用程序崩溃。G1 垃圾收集器是一种在 Java 8 中引入的创新算法，它旨在克服传统垃圾收集器的局限性，例如应用程序停顿时间长和吞吐量低。

CMS 垃圾收集器的局限性

G1 垃圾收集器取代了之前用于并发垃圾回收的 CMS 垃圾收集器。虽然 CMS 能够有效减少应用程序停顿时间，但它存在一些固有的缺陷。例如，CMS 容易出现长时间的停顿，尤其是当堆内存较大时。此外，CMS 难以适应具有不同大小和特征的应用程序。

G1 的增量式并发方法

G1 垃圾收集器采用了一种增量式并发方法，它将堆内存划分为称为“区域”的较小部分。这使 G1 能够在后台并行执行垃圾收集，从而最大程度地减少应用程序停顿时间。与 CMS 相比，G1 还可以通过调整并发线程的数量和分配给垃圾收集的任务量来适应不同的应用程序需求。

G1 垃圾收集器的关键步骤

G1 垃圾收集器的操作涉及以下几个关键步骤：

1. 标记阶段： 此阶段标识不再可访问的对象（垃圾）。
2. 并发清除阶段： 此阶段并发地回收标记为垃圾的对象释放的内存。
3. 最终标记阶段： 此阶段应用程序暂停，以确保收集期间没有创建新垃圾。
4. 并发整理阶段： 此阶段将存活对象压缩到堆内存中连续的区域。

G1 垃圾收集器的好处

G1 垃圾收集器提供了一系列好处，包括：

• 减少应用程序停顿时间： 增量式并发方法将垃圾收集工作分散在较长时间段内，从而最大程度地减少应用程序停顿时间。
• 可预测的暂停： G1 可以预测和控制暂停时间，这对于需要低延迟和高吞吐量的应用程序至关重要。
• 可调整性： G1 可以根据应用程序的特定需求进行调整，例如内存大小、对象分配模式和吞吐量目标。
• 更好的吞吐量： 并发清除阶段允许应用程序在垃圾收集期间继续执行，从而提高应用程序的整体吞吐量。

与其他垃圾收集器的比较

与其他垃圾收集器（例如 CMS 和 ZGC）相比，G1 垃圾收集器提供了以下优势：

• 与 CMS 相比，G1 可以处理更大的堆内存，并且对停顿时间更具可预测性。
• 与 ZGC 相比，G1 在应用程序暂停时间和吞吐量方面提供了更好的平衡。

G1 的实际应用

G1 垃圾收集器在以下场景中特别有用：

• 吞吐量敏感型应用程序： G1 的高吞吐量特性使其非常适合需要高性能的应用程序。
• 低延迟要求的应用程序： G1 可预测的暂停时间使其非常适合需要低延迟的应用程序。
• 具有大堆内存的应用程序： G1 能够处理大型堆内存，这使其非常适合数据密集型应用程序。

G1 垃圾收集器的调整

为了优化 G1 垃圾收集器的性能，可以调整以下参数：

• 并发标记线程的数量： 此参数控制用于标记阶段的线程数量。
• 并发清除线程的数量： 此参数控制用于清除阶段的线程数量。
• 并发整理线程的数量： 此参数控制用于整理阶段的线程数量。
• 暂停时间目标： 此参数指定应用程序暂停时间的目标持续时间。

代码示例

以下代码示例展示了如何在 Java 应用程序中启用 G1 垃圾收集器：

// 在 JVM 启动时启用 G1 垃圾收集器
-XX:+UseG1GC

// 设置并发标记线程的数量
-XX:ParallelGCThreads=4

// 设置并发清除线程的数量
-XX:ConcGCThreads=8

// 设置并发整理线程的数量
-XX:G1ConcRefinementThreads=2

// 设置暂停时间目标
-XX:MaxGCPauseMillis=200

常见问题解答

• G1 垃圾收集器与 ZGC 垃圾收集器的区别是什么？
  • G1 垃圾收集器采用增量式并发方法，而 ZGC 垃圾收集器采用完全并发的垃圾收集方法。G1 对于应用程序暂停时间和吞吐量提供了更好的平衡，而 ZGC 则优先考虑最大限度地减少应用程序暂停时间。
• G1 垃圾收集器适合所有应用程序吗？
  • G1 垃圾收集器非常适合需要高吞吐量、低延迟和能够处理大堆内存的应用程序。对于其他类型的应用程序，可能需要使用不同的垃圾收集器。
• 如何优化 G1 垃圾收集器的性能？
  • 可以通过调整并发标记、清除和整理线程的数量以及暂停时间目标来优化 G1 垃圾收集器的性能。
• G1 垃圾收集器会引起应用程序崩溃吗？
  • G1 垃圾收集器是一个健壮的垃圾收集器，不太可能引起应用程序崩溃。但是，错误的配置或应用程序代码中的错误仍然可能导致应用程序崩溃。
• G1 垃圾收集器是否支持 JVM 版本？
  • G1 垃圾收集器在 Java 8 及更高版本中可用。