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，之后也會持續和小伙伴們一起共同分享技術干貨。
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，感興趣的小伙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的內存模型
G1是從jdk7開始出現的，在jdk9中被設為默認垃圾收集器，目標就是徹底替換掉CMS，那么為什么它可以替換掉CMS呢？
首先我們就來看看它的內存模型吧。
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堆內存拆分為了多個大小相等的Region，那么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？
其實這個默認情況下是自動計算的，假如我們給定整個堆內存大小為4096M，然后使用“-XX:+UseG1GC”指定垃圾回收器為G1，此時會自動用堆內存大小除以2048，因為JVM最多可以有2048個Region，然后Region的大小必須是2的倍數。
堆內存為4096M，就會分配給每個Region 2M的內存空間。我們使用G1默認的計算方式就可以了。
當然也可以通過參數“-XX:G1HeapRegionSize”來指定Region的大小。
新生代和老年代的默認比例是多少呢？
我們知道使用ParNew和CMS垃圾回收器時，新生代和老年代的默認比例是1:2，而使用G1后，默認新生代對堆內存的初始占比是5%，這個可以通過“-XX:G1NewSizePercent”來設置初始占比，一般不需要設置。
細心的小伙伴會發現，這里說的占比是初始占比，因為系統運行的時候，JVM其實會不停的給新生代增加更多的Region，但是最多新生代的占比不會超過60%，可以通過“-XX:G1MaxNewSizePercent”來設置。
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占比不是一成不變的，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，只不過內存占用會隨着Region的增多而增大。
G1的停頓時間控制
除了內存的變化，G1還有一個最大的變化，就是可以讓我們設置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"，盡量減少它的時間就可以做到JVM的優化。
引入G1后，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性能。
G1要做到這一點就要去追蹤每個Region的回收價值，那什么是回收價值呢？大家看下圖：
比如兩個Region中，其中一個有10M的垃圾對象，垃圾回收需要耗時1s，另一個有20M的垃圾對象，垃圾回收耗時200ms。
然后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的垃圾對象，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，盡可能的保證系統停頓時間在你設定的停頓時間范圍內。
G1的垃圾回收詳解
上文我們了解到新生代還是有eden和survivor的，那么隨着新生代占據堆內存大小的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復制算法進行垃圾回收，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，首先回收的對象變成了帶有垃圾對象的Region，然后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。
什么時候進入老年代呢？
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后會進入老年代；
GC后存活對象超過Survivor區的50%，那么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的大對象不是存到老年代中的，而是提供了專門的Region來存放大對象。
在G1中，大對象的判斷規則就是這個對象超過了一個Region大小的50%，比如Region是2M的，那如果你的對象超過了1M，就會被認定為大對象，做特殊處理。
而且如果這個大對象過大，可以橫跨多個Region進行存儲，如下圖：
老年代具體又是怎么進行垃圾回收的呢？
這個過程說起來可能稍微復雜了一點，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，什么時候會觸發新生代和老年代的混合垃圾回收？
G1有一個參數“-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent”，默認值為45%。
什么意思呢？就是說當老年代占據了堆內存的45%的Regionf的時候，就會觸發混合垃圾回收。
具體流程是什么樣的呢？
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。
接着會進入並發標記階段，這個階段同樣對應CMS的並發標記階段，不再說明。
接着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。
最后就是混合回收階段，這個階段和CMS的並發清理階段就不太一樣了，這個階段會計算每個Region中的存活對象數量，存活數量占比，還有執行垃圾回收的耗時等問題。
接着會進入“Stop the World”階段，然后全力以赴進行垃圾回收，並盡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對象。
為什么要叫做混合回收呢，因為它不僅僅回收的是老年代，新生代和大對象的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。
有參數可以控制這個數量，“-XX:G1MixedGCCountTarget”參數，就是在一次混合回收的過程中，最后一個階段執行幾次，默認是8次。
為什么要這樣反復多次的回收呢？
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運行的。
還有個參數“-XX:G1HeapWastePercent”,默認值是5%。
它的意思是，混合回收的時候，都是基於復制算法進行的，把Region存活的對象放入其他Region，然后清除掉本來的Region。那么當空閑的Region數量達到堆內存的5%，就會立即停止混合回收。
而通過這種復制算法回收，也不會出現像CMS標記清理算法導致的內存碎片問題。
還有個參數“-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent”，默認值是85%，意思就是回收Region的時候，存活的對象必須少於85%才可以被回收掉。否則存活對象太多，復制的時候成本是很高的。
如果回收失敗怎么辦？
如果在復制的時候發現沒有空閑的Region可以承載存活的對象，那么會觸發失敗，立馬停止系統進程，采用單線程進行標記、清理和壓縮整理，空閑出一批Region，這個過程是極慢的。
總結
本文我們對G1的內存機制和垃圾回收的算法做了一個比較清晰的解釋。
閱讀完本文，相信小伙伴們自己可以總結出G1和CMS究竟有什么不一樣了吧。
歡迎小伙伴們留言區討論G1和CMS的區別，王子會第一時間回復。
那我們下篇文章再見。
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