从CMS到G1：探究G1垃圾收集器的工作原理

"这篇文章主要介绍了从CMS垃圾收集器转向G1(Garbage-First)垃圾收集器的原因和G1的工作原理。作者Eric Fu探讨了G1的动机，即为了解决传统垃圾收集器无法满足软实时系统需求的问题，以及应对大内存环境。文章的核心内容涉及G1中的Region和RememberSet这两个关键概念，以及如何通过它们实现更有效的内存管理。" 在Java的HotSpot JVM中，CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾收集器曾是许多应用程序的首选，但由于其在处理大内存和控制停顿时间上的局限性，G1 GC在JDK 7中引入，并在JDK 9中成为默认的垃圾收集器。CMS的主要问题是，随着内存容量的增加，即使是并行收集，老年代（Old Generation）的清理也会导致较长的暂停时间。 G1 GC的设计目标是解决这些问题，提供软实时的性能，即GC暂停时间可预测且保持在一个较低的阈值内。G1通过引入一系列创新来实现这一目标。首先，它摒弃了传统的固定大小分区（如Eden、Survivor、Old），转而采用一种名为Region的动态内存管理策略。Region是逻辑上连续的内存空间，物理上可以不连续，大小可以根据需要调整，这有助于更好地适应不同大小的对象。 每个线程都有自己的Thread-LocalAllocationBuffer (TLAB)，用于减少多线程分配内存时的冲突。对于大型对象（Humongous Objects），G1会特别处理，将它们分配到连续的Region链中，以避免碎片化。默认配置下，Region的大小是2的幂，这有利于提高内存分配的效率。 RememberSet是G1的另一个重要组件，它记录了对象引用跨Region的信息，使得在进行垃圾回收时能有效地跟踪跨代引用，避免全堆扫描，从而降低了暂停时间。通过这种方式，G1能够进行增量式地、并发地垃圾回收，减少了全局停顿。 G1 GC的引入是为了解决大内存环境中CMS的不足，提供更可控的暂停时间和更高的吞吐量。通过Region和RememberSet等机制，G1成功地实现了这些目标，使得它成为了现代Java应用程序的首选垃圾收集器之一。