🧠 一、G1 的设计目标
G1 = Garbage First Collector
👉 “优先回收垃圾最多的区域（Region）”
设计初衷：
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面向 大堆内存（4GB~几百GB）
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保证 可预测的低停顿时间（pause time goal）
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支持 并行、并发、分代回收
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避免全堆扫描、压缩（fragmentation）问题
🧩 二、G1 的内存结构（核心区别）
传统 GC（如 Parallel / CMS）堆分代如下：
而 G1 将整个堆拆成很多小块（Region），每个大小固定（如 1MB、2MB、4MB）。
示意：
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每个 Region 可动态分配为 Eden、Survivor、Old，不再固定比例。
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Region 是独立回收的基本单位。
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Humongous Region：对象超过 Region 一半大小（> 0.5 * RegionSize）就放这里。
🔹 这样，G1 不再是“按代”整体扫描，而是：
“找出垃圾最多的 Region 集合，优先清理它们（Garbage First）”。
⚙️ 三、G1 的主要阶段（工作流程）
整个生命周期分为：
(1) Young GC（年轻代收集）
触发条件：Eden 区满。
流程：
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STW（Stop The World）暂停。
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标记存活对象（根可达）。
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复制存活对象到 Survivor / Old Region。
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回收整个 Eden Region。
✅ 优点：Eden 回收后直接清空；复制算法，天然压缩内存碎片。
(2) Concurrent Marking（并发标记阶段）
触发条件：堆使用比例超过阈值（默认 45%）。
过程：
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初始标记（STW）：标记 GC Roots 直接可达对象。
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并发标记（Concurrent）：GC 与应用线程同时运行，扫描整个堆。
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再标记（STW）：修正漏标对象（SATB）。
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筛选统计（Remark）：计算每个 Region 的“回收收益”。
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收益 = 可回收空间 / 执行成本
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目的：建立一份“Region 垃圾地图”，为下一次回收做准备。
(3) Mixed GC（混合回收）
在并发标记完成后触发。
不仅回收年轻代，还回收部分 Old Region（优先垃圾比例高的那些）。
过程：
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根据收益排序，选出一批最值得清理的 Old Region。
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STW 复制 + 回收这些 Region。
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重复多次 Mixed GC，直到收益不明显或达目标暂停时间。
(4) Full GC（极端情况）
当：
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堆内存碎片严重；
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G1 无法满足 pause time；
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元空间溢出；
才会触发 单线程的 Full GC（最慢）。
🔄 四、G1 的关键机制
1️⃣ Remembered Set (RSet)
记录跨 Region 的引用。
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G1 不需要全堆扫描老年代 → 年轻代 GC 时，只扫描记录在 RSet 中的老年代引用。
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实现方式：卡表（Card Table），每个 512B 的区域都有 dirty bit。
2️⃣ SATB（Snapshot At The Beginning）
在并发标记阶段，为避免漏标：
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记录标记开始时的堆快照；
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对象的删除（write barrier）会把原值加入标记队列。
3️⃣ Copy + Compact（天然压缩）
回收采用复制算法：
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存活对象复制到新 Region；
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旧 Region 直接清空；
✅ 避免 CMS 碎片问题。
🧮 五、G1 调优参数详解
| 参数 | 含义 | 建议 |
|---|---|---|
-XX:+UseG1GC |
开启 G1 | JDK9+ 默认启用 |
-XX:MaxGCPauseMillis=<N> |
目标最大停顿时间 (默认 200ms) | 可调整为 100~500ms |
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent |
启动并发标记的堆占用阈值（默认 45%） | 调大可减少 GC 频率 |
-XX:G1HeapRegionSize |
Region 大小 (1MB~32MB，2 的幂次方) | 一般自动选择 |
-XX:ConcGCThreads |
并发标记线程数 | 默认 = CPU/4 |
-XX:ParallelGCThreads |
并行 GC 线程数 | 默认 = CPU |
-XX:+G1UseAdaptiveIHOP |
动态调整 IHOP 阈值 | 推荐开启 |
-XX:G1ReservePercent |
预留空间防止晋升失败（默认 10%） | 10~20% |
📊 六、G1 与 CMS 对比
| 对比项 | CMS | G1 |
|---|---|---|
| 内存结构 | 分代 (固定 Eden/Survivor/Old) | Region 动态分配 |
| 算法 | 标记-清除（不压缩） | 标记-复制（压缩） |
| 碎片 | 易产生碎片 | 自动整理 |
| 并发标记 | 有 | 有（SATB） |
| 回收粒度 | 整个代 | Region 级别（可选择最优） |
| 停顿可控 | 否 | 可预测（Pause Target） |
| 吞吐量 | 稍高 | 稍低 |
| 适用场景 | 中等堆（<8GB） | 大堆（>8GB）、低延迟服务 |
🧰 七、G1 GC 日志与分析（简版）
开启日志：
示例：
分析工具：
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jstat -gcutil <pid> 1s -
GC Easy、GCeasy.io、GarbageCat、JClarity Censum
💡 八、G1 调优思路总结
| 目标 | 调优方向 |
|---|---|
| 停顿太频繁 | 调大 MaxGCPauseMillis 或减少并发标记触发频率 |
| 吞吐下降 | 调整并发线程数，适当增加 Region 大小 |
| 晋升失败 | 增大 G1ReservePercent 或 Xmx |
| 内存碎片 | 确认 Humongous 对象比例（>50% region）太高时需拆分对象或压缩 |