所有的垃圾回收器的目的都是朝著減少STW的目的而前進，G1(Garbage First)回收器的出現(xiàn)顛覆了之前版本CMS、Parallel等垃圾回收器的分代收集方式，從2004年Sun發(fā)布第一篇關于G1的論文后，直到2012年JDK7發(fā)布更新版本，花了將近10年的時間G1才達到商用的程度，而到JDK9發(fā)布之后，G1成為了默認的垃圾回收器，CMS也變相地相當于被淘汰了。
G1結構
G1拋棄了之前的分代收集的方式，面向整個堆內存進行回收，把內存劃分為多個大小相等的獨立區(qū)域Region。
一共有4種Region：
- 自由分區(qū)Free Region
- 年輕代分區(qū)Young Region，年輕代還是會存在Eden和Survivor的區(qū)分
- 老年代分區(qū)Old Region
- 大對象分區(qū)Humongous Region
每個Region的大小通過-XX:G1HeapRegionSize來設置，大小為1~32MB，默認最多可以有2048個Region，那么按照默認值計算G1能管理的最大內存就是32MB*2048=64G。
對于大對象的存儲，存在Humongous概念，對G1來說，超過一個Region一半大小的對象都被認為大對象，將會被放入Humongous Region，而對于超過整個Region的大對象，則用幾個連續(xù)的Humongous來存儲（如下圖H區(qū)域）。
G1優(yōu)勢
上面我們也提到，垃圾回收器的最終目的都是為了減少STW造成的停頓，比如之前老的垃圾回收器CMS這種帶來的停頓時間是不可預估的。
而G1最大的優(yōu)勢就在于可預測的停頓時間模型，我們可以自己通過參數(shù)-XX:MaxGCPauseMillis來設置允許的停頓時間(默認200ms)，G1會收集每個Region的回收之后的空間大小、回收需要的時間，根據(jù)評估得到的價值，在后臺維護一個優(yōu)先級列表，然后基于我們設置的停頓時間優(yōu)先回收價值收益最大的Region。
那么，這個可預測的停頓時間模型怎么計算和建立的？主要是基于衰減平均值的理論基礎，衰減平均是一種數(shù)學方法，用來計算一個數(shù)列的平均值，給近期的數(shù)據(jù)更高的權重，強調近期數(shù)據(jù)對結果的影響，代碼如下：
hotspot/src/share/vm/gc_implementation/g1/g1CollectorPolicy.hpp
double get_new_prediction(TruncatedSeq* seq) {
return MAX2(seq->davg() + sigma() * seq->dsd(),
seq->davg() * confidence_factor(seq->num()));
}
davg表示衰減值
sigma表示一個系數(shù)，代表信貸度，默認值為0.5
dsd表示衰減標準偏差
confidence_factor表示可信度系數(shù)，用于當樣本數(shù)據(jù)不足(小于5個)時取一個大于1的值，樣本數(shù)據(jù)越少該值越大。
基于這個模型，G1希望根據(jù)用戶設置的停頓時間（只是期望時間，盡量努力在這個范圍內完成GC）來選擇需要對哪些Region進行回收，能回收多大空間。
比如過去10次回收10G內存花費1s，如果預設的停頓時間是200ms，那么就最多可以回收2G的內存空間。
空間分配&擴展
既然G1還是存在新生代和老年代的概念，那么新生代和老年代的空間是怎么劃分的呢？
在G1中，新增了兩個參數(shù)G1MaxNewSizePercent、G1NewSizePercent，用來控制新生代的大小，默認的情況下G1NewSizePercent為5，也就是占整個堆空間的5%，G1MaxNewSizePercent默認為60，也就是堆空間的60%。
假設現(xiàn)在我們的堆空間大小是4G，按照默認最大2048個Region計算，每個Region的大小就是2M。
初始新生代的大小那么就是200M，大約100個Region格子，動態(tài)擴展最大就是60%*4G=2.4G大小。
不過顯然，事情不是這么簡單，實際上初始化新生代的空間大小邏輯還是挺復雜的。
首先，我們通過原有參數(shù)-Xms設置初始堆的大小，-Xmx設置最大堆的大小還是生效的，可以設置堆的大小。
可以通過原有參數(shù)
-Xmn或者新的參數(shù)G1NewSizePercent、G1MaxNewSizePercent來設置年輕代的大小，如果設置了-Xmn相當于設置G1NewSizePercent=G1MaxNewSizePercent。接著看是不是設置了
-XX:NewRatio(表示年輕代與老年代比值，默認值為2，代表年輕代老年代大小為1:2)，如果1都設置了，那么忽略NewRatio，反之則代表G1NewSizePercent=G1MaxNewSizePercent，并且分配規(guī)則還是按照NewRatio的規(guī)則。如果只是設置了
G1NewSizePercent、G1MaxNewSizePercent中的一個，那么就按照這兩個參數(shù)的默認值5%和60%來設置。如果設置了
-XX:SurvivorRatio，默認為8，那么Eden和Survivor還是按照這個比例來分配
按照這個規(guī)則，我們新生代和老年代的空間分配基本就完成，如果說新生代走默認的規(guī)則，每次動態(tài)擴展空間大小怎么辦？
有一個參數(shù)叫做-XX:GCTimeRatio表示GC時間與應用耗費時間比，默認為9，就是說GC時間和應用時間占比超過10%才進行擴展，擴展比例為20%，最小不能小于1M。
回收過程
G1的回收過程分為以下四個步驟：
- 初始標記：標記GC ROOT能關聯(lián)到的對象，需要STW
- 并發(fā)標記：從GCRoots的直接關聯(lián)對象開始遍歷整個對象圖的過程，掃描完成后還會重新處理并發(fā)標記過程中產生變動的對象
- 最終標記：短暫暫停用戶線程，再處理一次，需要STW
- 篩選回收：更新Region的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對每個Region的回收價值和成本排序，根據(jù)用戶設置的停頓時間制定回收計劃。再把需要回收的Region中存活對象復制到空的Region，同時清理舊的Region。需要STW。
總的來說這是一個偏向記憶的回收過程，知道就行了。
相對于之前我們存在分代概念的GC來說，G1其實也是類似的過程，總體可以分為這兩種：
- 年輕代GC，年輕代Region在超過我們默認設置的最大大小之后就會觸發(fā)GC，還是用的我們熟悉的復制算法，Eden和Survivor來回倒騰，這里不再贅述。
- Mixed GC混合回收，混合回收類似于之前我們的Full GC概念，既會回收年輕代的Region，也會回收老年代的Region，還有我們新的Humongous大對象區(qū)域。觸發(fā)規(guī)則根據(jù)參數(shù)
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent(默認45%)值，也就是說老年代Region達到整個堆內存的45%時觸發(fā)Mixed GC。
其他問題
上面應該把基本概念都解釋完了。
比如什么是G1？G1有什么特點？他的優(yōu)點是什么？劃分Region后怎么分配空間？怎么進行垃圾回收？什么時候進行YGC？什么時候進行FGC？可靠的停頓時間模型建立方式？
除此之外，其實還有一些較為復雜的問題，比如之前我們說分代收集有跨代引用的問題，劃分Region之后應該也有對不對，那怎么解決的？
還有之前我們說并發(fā)收集階段怎么解決用戶線程和收集線程互不干擾的？
這些更深一點的問題其實在現(xiàn)在已經卷到需要問三色標記了嗎？已經說到了很多了，下面我們再詳細點說明下在G1中的一些不同點。
記憶集
在這篇文章中我們提到過一次關于Remembered Set的概念，為了避免GC時掃描整個堆內存，用來標志哪些區(qū)域存在跨代引用，對于G1來說也一樣，只不過G1的記憶集會更復雜一點。
每個Region中都存在一個Hash Table結構的記憶集，Key為其他Region的起始地址，Value是其他Card Table卡表的索引集合。
原來我們的卡表指向的是卡頁的內存地址段，代表我引用了誰，現(xiàn)在的記憶集則是代表著誰引用了我，因此收集的過程會更復雜一點，并且需要額外的10%~20%的堆內存空間來維持。
維護記憶集的方式也和卡表類似，通過寫屏障來實現(xiàn)。
原始快照SATB
在三色標記中我們也提到過，并發(fā)標記用戶線程和收集線程一起工作會產生問題，解決方案CMS使用的是增量更新，G1則是用原始快照。
總結
寫這些東西比較費勁，因為總在想在理解的基礎上怎么寫的更通俗易懂，但是發(fā)現(xiàn)好像并不容易，因為自己也都是看完沒過多久就忘記了，所以記錄下來，能看懂就行了，實在不行就去看書。
周老師的深入Java虛擬機寫的比較簡單，很多東西要去搜資料和書結合看才能看明白，另外一本書寫的也不是很好，作者感覺只是堆砌知識點，看起來很費勁，美團寫的那篇文章也是一大堆名詞，不知道的人看的簡直蛋疼。
我應該，比他們寫的更通俗一點就好了？
參考：
彭成寒《JVM G1源碼分析和調優(yōu)》
周志明《深入理解Java虛擬機第三版》
