G1 垃圾回收器深度解析

G1（Garbage First）从 JDK 9 起成为默认垃圾回收器。它把堆划分为大量 Region，实现了"可预测的停顿时间模型"，兼顾吞吐与延迟，是对经典分代收集的一次架构级重写。

Region 分区设计

G1 不再区分物理上的新生代/老年代，而是把整个堆划分为 2048 个左右大小相等的 Region（默认 1MB ~ 32MB，2 的幂次），每个 Region 可动态扮演不同角色：

┌────────────────────────────────────────────────────┐
│  E │  E │  O │  S │  H │  E │  E │  O │  O │  S    │
│  E │  O │  O │  E │  H │  E │  O │  E │  O │  O    │
│  S │  O │  E │  E │  H │  O │  O │  E │  S │  E    │
└────────────────────────────────────────────────────┘
 E = Eden   S = Survivor   O = Old   H = Humongous（巨型对象）

Eden/Survivor：新生代 Region，逻辑上构成新生代
Old：老年代 Region
Humongous：超过 Region 一半大小的对象，连续占用多个 Region

Region 化的核心收益：回收单位从"整个代"细化为"单个 Region"，GC 可以只回收价值最高的 Region（"Garbage First" 的由来）。

可预测停顿模型

G1 维护一个 停顿预测模型，记录每个 Region 的回收耗时与收益，按"回收价值 = 回收内存 / 回收耗时"排序。

-XX:MaxGCPauseMillis=200（默认）  ← 停顿软目标

G1 根据预测，在停顿预算内选择性价比最高的 Region 集合回收，尽量使每次 GC 停顿不超过设定值。注意这是软目标，并非绝对保证。

跨区引用与 Remembered Set

Region 之间互相引用（老年代 Region 引用新生代 Region），G1 不能每次 GC 都全堆扫描。为此每个 Region 维护一个 RSet（Remembered Set），记录"谁引用了本 Region 的对象"。

Region A 的对象被 Region B 引用
→ 在 Region A 的 RSet 中记录：Region B
GC 回收 Region A 时，只需扫描 RSet 记录的 Region，而非全堆

RSet 的维护依赖写屏障：对象引用被写入时，通过写后屏障把引用关系记录到对应 Region 的 RSet 中。

并发标记：SATB

G1 的并发标记采用原始快照（SATB），快照标记开始时堆中所有存活对象，防止并发期间引用被修改导致漏标。

初始标记（STW）：标记 GC Roots 直接可达对象，与 Minor GC 合并执行
并发标记：与用户线程并发遍历对象图
最终标记（STW）：处理 SATB 队列中记录的引用变更
清理（STW 部分）：统计各 Region 存活对象，供后续选择回收 Region

与 CMS 的增量更新不同，SATB 记录的是"删除的引用"，代价是可能保留本轮可回收的浮动垃圾，但实现简单且不会漏标。

GC 模式与 Mixed GC

G1 的 GC 分为三种：

Young GC

新生代 Region 占满时触发，复制算法回收 Eden + Survivor 中的存活对象。

只回收年轻代 Region，停顿短
老年代 Region 通过 RSet 参与扫描，但不回收

Mixed GC

当老年代占用率达到 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent（默认 45%）时，G1 启动并发标记，标记完成后触发 Mixed GC：回收全部新生代 Region + 部分高价值老年代 Region。

Mixed GC 回收集合 = 所有 Eden/Survivor Region + 性价比最高的 Old Region

Full GC

并发收集失败（如对象分配速度超过回收速度）时退化为 Full GC：

单线程、STW、标记-整理全堆
是 G1 最坏的停顿场景，需要靠调优避免

阶段	回收对象	特点
Young GC	新生代 Region	频繁、停顿短
Mixed GC	新生代 + 部分老年代	周期性清理老年代
Full GC	全堆	兜底、停顿长

调优参数

参数	作用	默认
`-XX:+UseG1GC`	启用 G1	JDK 9+ 默认
`-XX:MaxGCPauseMillis`	停顿软目标	200ms
`-XX:G1HeapRegionSize`	Region 大小	1MB~32MB 自动
`-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent`	触发并发标记的堆占用率	45%
`-XX:G1NewSizePercent` / `-XX:G1MaxNewSizePercent`	新生代占比范围	5% / 60%
`-XX:ConcGCThreads`	并发标记线程数	CPU 的 1/4
`-XX:G1MixedGCCountTarget`	Mixed GC 分批次数	8
`-XX:MaxGCPauseMillis` 调小	更多 Young GC、更短停顿	200ms

调优实践思路

先跑通再调优：优先保证应用功能正确，收集 GC 日志观察实际行为
停顿过长：调大 Region 数量（减小 Region 大小）、调小 MaxGCPauseMillis、检查是否触发 Full GC
频繁 Full GC：多为对象分配过快或晋升过多，检查 IHOP 是否过小、大对象（Humongous）是否过多
大对象问题：巨型对象直接占用连续 Region，易引发过早并发标记，可考虑 -XX:G1HeapRegionSize 调大以容纳大对象
不要盲目调参：G1 的参数敏感，先观察日志与 GC 频率再动手

常见问题

G1 与 CMS 的区别？ 结构上 G1 用 Region 替代物理分代，回收单位更细；标记方案上 G1 用 SATB，CMS 用增量更新；G1 有停顿预测模型。
G1 会触发 Full GC 吗？ 会。并发回收速度跟不上分配速度、或巨型对象分配失败时，G1 退化为 Full GC（STW 全堆整理）。
什么时候不用 G1？ 超大堆（百 GB 级）追求极低延迟可考虑 ZGC；JDK 8 老项目升级前需验证兼容性。

G1 垃圾回收器深度解析 ​

Region 分区设计 ​

可预测停顿模型 ​

跨区引用与 Remembered Set ​

并发标记：SATB ​

GC 模式与 Mixed GC ​

Young GC ​

Mixed GC ​

Full GC ​

调优参数 ​

调优实践思路 ​

常见问题 ​