021-G1分代回收原理深度图解

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G1分代回收原理深度图解:为什么回收性能比传统GC更好?

1、前文回顾

上篇文章我们给大家分析了一下G1垃圾回收器设计的思想,主要是把内存拆分为很多个小的Region,然后新生代和老年代各自对应一些Region,回收的时候尽可能挑选停顿时间最短以及回收对象最多的Region,尽量保证达到我们指定的垃圾回收系统停顿时间。

这篇文章我们继续一步一图,把G1垃圾回收器工作的时候,从对象在内存中的分配到垃圾回收的触发,给大家来分析一下。

2、如何设定G1对应的内存大小

大家看如下的图,我们都知道G1对应的是一大堆的Region内存区域,每个Region的大小是一致的。

021-G1分代回收原理深度图解

那么首先思考两个问题:到底有多少个Region呢?每个Region的大小是多大呢?

其实这个默认情况下自动计算和设置的,我们可以给整个堆内存设置一个大小,比如说用-Xms和-Xmx来设置堆内存的大小。

然后JVM启动的时候一旦发现你使用的是G1垃圾回收器,可以使用-XX:+UseG1GC来指定使用G1垃圾回收器,此时会自动用堆大小除以2048

因为JVM最多可以有2048个Region,然后Region的大小必须是2的倍数,比如说1MB、2MB、4MB之类的。

比如说堆大小是4G,那么就是4096MB,此时除以2048个Region,每个Region的大小就是2MB。大概就是这样子来决定Region的数量和大小的,大家一般保持默认的计算方式就可以

如果通过手动方式来指定,则是-XX:G1HeapRegionSize,如下图。

021-G1分代回收原理深度图解

刚开始的时候,默认新生代对堆内存的占比是5%,也就是占据200MB左右的内存,对应大概是100个Region,这个是可以通过-XX:G1NewSizePercent来设置新生代初始占比的,其实维持这个默认值即可。

因为在系统运行中,JVM其实会不停的给新生代增加更多的Region,但是最多新生代的占比不会超过60%,可以通过-XX:G1MaxNewSizePercent。

而且一旦Region进行了垃圾回收,此时新生代的Region数量还会减少,这些其实都是动态的。

大家看下图,刚开始就是一部分的Region是属于新生代的。

021-G1分代回收原理深度图解

3、新生代还有Eden和Survivor的概念吗?

没错,其实在G1中虽然把内存划分为了很多的 Region,但是其实还是有新生代、老年代的区分

而且新生代里还是有Eden和Survivor的划分的,所以大家会发现之前学习的很多技术原理在G1时期都是有用的。

大家应该还记得之前说过的一个新生代的参数,-XX:SurvivorRatio=8,所以这里还是可以区分出来属于新生代的Region里哪些属于Eden,哪些属于Survivor。

比如新生代之前说刚开始初始的时候,有100个Region,那么可能80个Region就是Eden,两个Survivor各自占10个Region,如下图。

021-G1分代回收原理深度图解

所以大家要明白在这里其实还是有Eden和Survivor的概念的,他们会各自占据不同的Region。

只不过随着对象不停的在新生代里分配,属于新生代的Region会不断增加,Eden和Survivor对应的Region也会不断增加。

4、G1的新生代垃圾回收

既然G1的新生代也有Eden和Survivor的区分,那么触发垃圾回收的机制都是类似的

随着不停的在新生代的Eden对应的Region中放对象,JVM就会不停的给新生代加入更多的Region,直到新生代占据堆大小的最大比例60%。

一旦新生代达到了设定的占据堆内存的最大大小60%,比如都有1200个Region了,里面的Eden可能占据了1000个Region,每个Survivor是100个Region,而且Eden区还占满了对象,此时如下图所示。

021-G1分代回收原理深度图解

这个时候还是会触发新生代的GC,G1就会用之前说过的复制算法来进行垃圾回收,进入一个Stop the World状态

然后把Eden对应的Region中的存活对象放入S1对应的Region中,接着回收掉Eden对应的Region中的垃圾对象,如下图。

021-G1分代回收原理深度图解

但是这个过程跟之前是有区别的,因为G1是可以设定目标GC停顿时间的,也就是G1执行GC的时候最多可以让系统停顿多长时间,可以通过-XX:MaxGCPauseMills参数来设定,默认值是200ms。

那么G1就会通过之前说的,对每个Region追踪回收他需要多少时间,可以回收多少对象来选择回收一部分的Region,保证GC停顿时间控制在指定范围内,尽可能多的回收掉一些对象。

5、对象什么时候进入老年代?

大家都知道,在G1的内存模型下,新生代和老年代各自都会占据一定的Region,老年代也会有自己的Region

按照默认新生代最多只能占据堆内存60%的Region来推算,老年代最多可以占据40%的Region,大概就是800个左右的Region。

那么对象什么时候从新生代进入老年代呢?

可以说跟之前几乎是一样的,还是这么几个条件:

(1)对象在新生代躲过了很多次的垃圾回收,达到了一定的年龄了,-XX:MaxTenuringThreshold参数可以设置这个年龄,他就会进入老年代

(2)动态年龄判定规则,如果一旦发现某次新生代GC过后,存活对象超过了Survivor的50%

此时就会判断一下,比如年龄为1岁,2岁,3岁,4岁的对象的大小总和超过了Survivor的50%,此时4岁以上的对象全部会进入老年代,这就是动态年龄判定规则

大家看下图,所以经过一段时间的新生代使用和垃圾回收之后,总有一些对象会进入老年代中。

021-G1分代回收原理深度图解

6、大对象Region

大家此时可能会疑惑了,唉?以前说是那种大对象也是可以直接进入老年代的,那么现在在G1的这套内存模型下呢?

实际上这里会有所改变,G1提供了专门的Region来存放大对象,而不是让大对象进入老年代的Region中。

在G1中,大对象的判定规则就是一个大对象超过了一个Region大小的50%,比如按照上面算的,每个Region是2MB,只要一个大对象超过了1MB,就会被放入大对象专门的Region中

而且一个大对象如果太大,可能会横跨多个Region来存放。如下图。

021-G1分代回收原理深度图解

肯定还有人会问,那堆内存里哪些Region用来存放大对象啊?

不是说60%的给新生代,40%的给老年代吗,那还有哪些Region给大对象?

很简单,之前说过了,在G1里,新生代和老年代的Region是不停的变化的

比如新生代现在占据了1200个Region,但是一次垃圾回收之后,就让里面1000个Region都空了,此时那1000个Region就可以不属于新生代了,里面很多Region可以用来存放大对象。

那么还有人会问了,大对象既然不属于新生代和老年代,那么什么时候会触发垃圾回收呢?

也很简单,其实新生代、老年代在回收的时候,会顺带带着大对象Region一起回收,所以这就是在G1内存模型下对大对象的分配和回收的策略。

7、本文总结

本文就初步介绍了G1的内存模型和分配规则,包括了下面的一些知识:

  • 每个Region多大

  • 新生代包含多少Region,

  • 新生代如何动态增加Region

  • Eden和Survivor两个区域仍然还是存在

  • 什么时候触发新生代的垃圾回收

  • 垃圾回收的复制算法

  • 还有G1特有的预设GC停顿时间的作用

  • 什么时候对象进入老年代

  • 大对象的独立Region存放和回收

大家基本就搞清楚了新生代的内存分配、对象分配和垃圾回收的策略,还有对象进入老年代的时机

下一篇文章,我们就会分析G1的老年代的垃圾回收机制,相对来说会更为复杂。

8、今日思考题

看完了今天的文章之后,大家可以思考一下:

从新生代的垃圾回收来看,大家觉得G1垃圾回收器在新生代垃圾回收过程中,相比之前的ParNew而言,最大的进步在哪里?

正文完
 
yangleduo
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