1. CMS

CMS過程在上篇文章 GC垃圾回收（2） 中已經(jīng)寫過。
它分為四個階段：

1 initial mark （初始標(biāo)記）
2 concurrent mark （并發(fā)標(biāo)記）
3 remark （重新標(biāo)記）
4 concurrent sweep （并發(fā)清理）

其中 并發(fā)標(biāo)記 階段會有漏標(biāo)的問題，為解決這個問題，采用了 "三色標(biāo)記算法"

2. G1

G1 GC（Garbage First Garbage Collector）是一種服務(wù)端應(yīng)用使用的垃圾收集器，目標(biāo)是用在 多核、大內(nèi)存的機(jī)器上，它在大多數(shù)情況下可以實(shí)現(xiàn)指定的GC暫停時(shí)間，同時(shí)還能保持較高的吞吐量。它的吞吐量相較PS+PO降低了大概10%~15%，但是大大降低了響應(yīng)時(shí)間，大概200ms的程度

2.1 G1內(nèi)存模型

G1內(nèi)存模型如下:

G1模型.png

G1相較之前其它的垃圾回收器，對模型進(jìn)行了改變，不再進(jìn)行物理分代，采用邏輯分代。

它不再將連續(xù)內(nèi)存分為Eden區(qū)和Old區(qū)，而是將內(nèi)存分為一個個的Region。一塊Region(分區(qū))在邏輯上依然分代，分為四種：Eden，Old，Survivor，Humongous（大對象，跨多個連續(xù)的Region）。

它的每個分區(qū)都可能是年輕代也可能是老年代，但是在同一時(shí)刻只能屬于某個代。

年輕代、幸存區(qū)、老年代這些概念還存在，成為了邏輯上的概念，這樣方便復(fù)用之前分代框架的邏輯。在物理上不需要連續(xù)，這帶來了額外的好處——有的分區(qū)內(nèi)垃圾對象特別多，有的分區(qū)內(nèi)垃圾對象很少，G1會優(yōu)先回收垃圾對象特別多的分區(qū)，這樣可以花費(fèi)較少的時(shí)間來回收這些分區(qū)的垃圾，這也就是G1名字的由來，即首先回收垃圾最多的分區(qū)。

新生代其實(shí)并不適用于這種算法，依然是在新生代滿了的時(shí)候，對整個新生代進(jìn)行回收——整個新生代中的對象，要么被回收、要么晉升，至于新生代也采取分區(qū)機(jī)制的原因，則是因?yàn)檫@樣跟老年代的策略統(tǒng)一，方便調(diào)整代的大小。

G1還是一種帶壓縮的收集器，在回收老年代的分區(qū)時(shí)，是將存活的對象從一個分區(qū)拷貝到另一個可用分區(qū)，這個拷貝的過程就實(shí)現(xiàn)了局部的壓縮。每個分區(qū)的大小從1M到32M不等，但都是2的冪次方。

特點(diǎn)：

• 并發(fā)收集
• 壓縮空閑時(shí)間不會延長GC的暫停時(shí)間
• 更易預(yù)測GC的暫停時(shí)間
• 適用不需要實(shí)現(xiàn)很高吞吐量的場景

G1與CMS在并發(fā)收集時(shí)的算法沒太大區(qū)別，用的是 三色標(biāo)記 算法。但ZGC和Shenandoah使用的是 顏色指針 Colored Pointers。

2.2 基本概念

2.2.1 CSet

• CSet = Collection set
• 一組可被回收的分區(qū)的集合。
  在ZSet中存活的數(shù)據(jù)會在GC過程中被移動到另一個可用分區(qū)，CSet中的分區(qū)可以來自Eden空間、survivor空間、或者老年代。CSet會占用不到整個堆空間的1%大小。

2.2.2 Card Table

主要用于分代模型中幫助垃圾回收。

為什么需要 card table ？
尋找存活對象并不是一件容易的事。從一個GC root對象尋找，可能被Old區(qū)對象引用，這個Old區(qū)對象又被Eden區(qū)對象引用，那么判斷Eden區(qū)對象是否存活就需要遍歷整個Old區(qū)存活對象看是否被Old區(qū)對象引用。這樣的話每進(jìn)行一次YGC就要掃描整個Old區(qū)。

所以JVM內(nèi)部，將內(nèi)存區(qū)域分為一個個的card，對象存在一個個的card里。當(dāng)老年代某個card中的對象指向了年輕代，就會將這個card標(biāo)記為 Dirty 。這么多card具體哪個是 Dirty的，用位圖BitMap來代表（如0110010010，1表示Dirty），這就是Card Table。

Card Table ：由于做YGC時(shí)，需要掃描整個Old區(qū)，效率非常低，所以JVM設(shè)計(jì)了Card Table， 如果一個Old區(qū)Card Table中有對象指向Y區(qū)，就將它設(shè)為Dirty，下次掃描時(shí)，只需要掃描Dirty Card。 在結(jié)構(gòu)上，Card Table用BitMap來實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 RSet

• RSet = Remembered Set
• 記錄了其他Region中的對象到本Region的引用
  RSet的價(jià)值在于：使得垃圾收集器不需要掃描整個堆，找到誰引用了當(dāng)前分區(qū)中的對象，只需要掃描RSet即可。

RSet會占用一定的空間，所以ZGC又做了改進(jìn)，不使用RSet，用顏色指針來標(biāo)記。

Rset與賦值的效率：

• 由于RSet的存在，那么每次給對象賦引用的時(shí)候，就要做一些額外的操作
• 額外的操作，指的是在RSet中做一些額外的記錄（在GC中被稱為寫屏障）
• 這個寫屏障 不是 內(nèi)存屏障

2.2.4 新老年代比例

5% ~ 60%（新生代）

• 一般不用手動指定
• 也不要手動指定，因?yàn)檫@是G1預(yù)測停頓時(shí)間的基準(zhǔn)

G1能跟蹤STW停頓時(shí)間，根據(jù)停頓時(shí)間動態(tài)調(diào)整新生代（Y區(qū)）比例

2.2.5 humongous object

超過單個region的 50% 就是一個大對象，也可跨越多個region。

2.3 GC何時(shí)觸發(fā)

• YGC
  • Eden區(qū)空間不足
  • 多線程并行執(zhí)行
• FGC
  • Old空間不足
  • System.gc()

注意：G1也是存在FGC的，并且一定會被觸發(fā)。當(dāng)對象分配不下是會產(chǎn)生FGC。

2.3.1 如果G1產(chǎn)生FGC，應(yīng)該做什么，如何優(yōu)化？

1. 擴(kuò)內(nèi)存
2. 提高CPU性能（回收的快，業(yè)務(wù)邏輯產(chǎn)生對象的速度固定，垃圾回收越快，內(nèi)存空間越大）
3. （主要）降低MixedGC觸發(fā)的閾值，讓MixedGC提早發(fā)生（默認(rèn)是45%）

2.3.2 G1中的MixedGC

• 相當(dāng)于CMS
• XX:InitiatingHeapOccupacyPercent
  --默認(rèn)值45%
  --當(dāng)堆內(nèi)存超過這個值，觸發(fā)MixedGC

回收時(shí)不分新生代還是老年代什么的，region滿了就回收。

MixedGC過程：

1. 初始標(biāo)記 STW
2. 并發(fā)標(biāo)記
3. 最終標(biāo)記 STW（重新標(biāo)記）
4. 篩選回收 STW（并行）

跟CMS非常像，MixedGC最后是篩選回收，多了個篩選步驟。篩選就是找出垃圾最多的region。篩選后將存活對象復(fù)制到其他region，再將之前的region清空。

2.4 并發(fā)標(biāo)記算法

CMS和G1在并發(fā)標(biāo)記時(shí)使用的是同一個算法：三色標(biāo)記法，使用白灰黑三種顏色標(biāo)記對象。白色是未標(biāo)記；灰色自身被標(biāo)記，引用的對象未標(biāo)記；黑色自身與引用對象都已標(biāo)記。

三色標(biāo)記法.png

2.4.1 漏標(biāo)問題

在remark過程中，黑色指向了白色，如果不對黑色重新掃描，則會漏標(biāo)。會把白色D對象當(dāng)作沒有新引用指向從而回收掉。

漏標(biāo)問題.png

并發(fā)標(biāo)記過程中，Mutator刪除了所有從灰色到白色的引用，會產(chǎn)生漏標(biāo)。此時(shí)白色對象應(yīng)該被回收

產(chǎn)生漏標(biāo)問題的條件有兩個：
1.黑色對象指向了白色對象
2.灰色對象指向白色對象的引用消失

所以要解決漏標(biāo)問題，打破兩個條件之一即可：

1. 跟蹤黑指向白的增加
   incremental update：增量更新，關(guān)注引用的增加，把黑色重新標(biāo)記為灰色，下次重新掃描屬性。CMS采用該方法。
2. 記錄灰指向白的消失
   SATB snapshot at the beginning：關(guān)注引用的刪除，當(dāng)灰-->白消失時(shí)，要把這個 引用 推到GC的堆棧，保證白還能被GC掃描到。G1采用該方法。

為什么G1采用SATB而不用incremental update？
因?yàn)椴捎胕ncremental update把黑色重新標(biāo)記為灰色后，之前掃描過的還要再掃描一遍，效率太低。
G1有RSet與SATB相配合。Card Table里記錄了RSet，RSet里記錄了其他對象指向自己的引用，這樣就不需要再掃描其他區(qū)域，只要掃描RSet就可以了。
也就是說 灰色-->白色 引用消失時(shí)，如果沒有 黑色-->白色，引用會被push到堆棧，下次掃描時(shí)拿到這個引用，由于有RSet的存在，不需要掃描整個堆去查找指向白色的引用，效率比較高。SATB配合RSet渾然天成。