摘要：G1垃圾回收器是一款主要面向服務端應用的垃圾收集器。
本文分享自華為雲社區《JVM面試高頻考點：由淺入深帶你了解G1垃圾回收器！！！》，原文作者：Code皮皮蝦 。
G1垃圾回收器介紹
G1垃圾回收器是一款主要面向服務端應用的垃圾收集器。作為垃圾回收器技術發展史上里程碑的成果，G1垃圾回收器不同於以往的垃圾回收器，首先是思想上的轉變，如下圖：
G1對於Java堆的划分
上面的圖，小伙伴們第一次看可能不咋明白，因為各位還不了解G1，看看下面的話，應該就差不多了。
G1垃圾回收器對於Java堆區域的划分不同於以往我們對Java對區域划分的認知
以往對於Java堆區域的划分為：新生代和老年代，新生代又划分為 Eden區和 Survivor區，Survivor區又分為 from區和 to區。
但是現在，G1不再堅持固定大小以及固定數量的分代區域划分，而是把連續的Java堆空間划分為多個大小相等的獨立區域（Region），每個Region都可以成為 Eden空間、Survivor空間、老年代空間。
這種思想上的轉變和設計，使得G1可以面向堆內存任何部分來組成回收集來進行回收，衡量標准不再是它屬於哪個分代，而是哪塊內存存放的垃圾最多，回收收益最大，這就是G1收集器的 Mixed GC模式，即混合GC模式。
Region還有一類特殊的 Humongous 區域，專門用來存儲大對象。G1認為只要大小超過了一個Region容量一半的對象即可判定為大對象。如果是那些超過了整個Region容量的超大對象，將會放在連續 N 個 Humongous Region區域。
Region的取值范圍為 1M ~ 32M
Region的默認個數為 2048個
-XX:G1HeapRegionSize = N
G1這么做看起來是由一種煥然一新的感覺，但細心的小伙伴可能已經發現，如果 Region之間存在跨區引用對象，那這些對象如何解決？
- 不管是G1還是其他分代收集器，JVM都是使用 記憶集(Remembered Set) 來避免全局掃描。
- 每個Region都有一個對應的記憶集。
- 每次Reference類型數據寫操作時，都會產生一個 寫屏障（Write Barrier）暫時去終止操作
- 然后檢查將要寫入的引用 指向的對象是否和該Reference類型數據在不同的 Region（其他收集器：檢查老年代對象是否引用了新生代對象）
- 如果不同，通過 卡表（Card Table）把相關引用信息記錄到引用指向對象的所在Region對應的記憶集(Remembered Set) 中
- 當進行垃圾收集時，在GC Roots枚舉范圍加上記憶集；就可以保證不進行全局掃描了。
G1的記憶集可以理解為一個哈希表，Key就是別的Region的起始地址，Value就是卡表的索引號集合。
因為G1將Java堆划分為一個個Region的緣故，而Region數量相比於傳統分代數量明顯多得多，所以G1相比於傳統的垃圾回收器來說，需要消耗相當於Java堆容量 10%~ 20%的額外空間來維持收集器的工作。
G1 垃圾回收器工作流程
- 初始標記(Initial Marking)：這階段僅僅只是標記GC Roots能直接關聯到的對象並修改TAMS(Next Top at Mark Start)的值，讓下一階段用戶程序並發運行時，能在正確的可用的Region中創建新對象，這階段需要停頓線程，但是耗時很短。而且是借用進行Minor GC的時候同步完成的，所以G1收集器在這個階段實際並沒有額外的停頓。
- 並發標記(Concurrent Marking)：從GC Roots開始對堆的對象進行可達性分析，遞歸掃描整個堆里的對象圖，找出存活的對象，這階段耗時較長，但是可以與用戶程序並發執行。當對象圖掃描完成以后，還要重新處理SATB記錄下的在並發時有引用變動的對象。
- 最終標記(Final Marking)：對用戶線程做另一個短暫的暫停，用於處理並發階段結束后仍遺留下來的最后那少量的 SATB 記錄。
- 篩選回收(Live Data Counting and Evacuation)：負責更新 Region 的統計數據，對各個 Region 的回收價值和成本進行排序，根據用戶所期望的停頓時間來制定回收計划。可以自由選擇多個Region來構成會收集，然后把回收的那一部分Region中的存活對象==復制==到空的Region中，在對那些Region進行清空。
除了並發標記外，其余過程都要 STW
G1和CMS的區別
- G1從整體上來看是 標記-整理 算法，但從局部（兩個Region之間）是復制算法。而CMS是 標記-清除算法 所以說，G1不會產生內存碎片，而CMS會產生內存碎片
- CMS使用了 寫后屏障來維護卡表，而G1不僅使用了寫后屏障來維護卡表，還是用了 寫前屏障來跟蹤並發時的指針變化情況（為了實現原始快照）。
- CMS對Java堆內存使用的是傳統的 新生代和老年代划分方法，而G1使用的全新的划分方法。
- CMS收集器只收集老年代，可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用。G1收集器收集范圍是老年代和新生代。不需要結合其他收集器使用
- CMS使用 增量更新解決並發標記下出現的錯誤標記問題，而G1使用原始快照解決