G1收集器原理#

一句话答案#

G1 将堆划分为等大 Region，优先回收垃圾最多的 Region（Garbage First），兼顾吞吐和停顿，JDK9+ 默认收集器。

核心要点

关键概念：

Remembered Set（RSet）：

每个 Region 都有一个 RSet，记录哪些其他 Region 引用了本 Region 的对象
用途：Minor GC 时，不需要扫描整个老年代，只需扫描 RSet 中记录的引用
代价：RSet 的维护有额外内存开销（约 10%~20%）

Card Table：

老年代被划分为 512 字节的 Card，Card Table 记录哪些 Card 是”脏的”（被修改过）
用于精确定位哪些老年代位置引用了年轻代对象

Humongous Region：

大对象（>= Region 大小一半）直接分配到 Humongous Region
跨多个 Region 连续分配
GC 时在 Old GC 阶段处理

G1 的停顿预测模型：

G1 记录每个 Region 的回收时间和可回收垃圾量
根据 -XX:MaxGCPauseMillis 目标，选择在目标时间内能回收最多垃圾的 Region 集合
“Garbage First” 名字来自于优先回收垃圾占比最高的 Region

并发漏标：G1 为什么用 SATB（而非增量更新）？

G1 解决并发漏标走的是 SATB（Snapshot-At-The-Beginning）路线：写前屏障记录”被删除/覆盖的旧引用”，破坏漏标条件②；按标记开始时的对象图快照标记，旧引用指向的白对象仍被标活。
代价：会把”标记期间本已死亡”的对象也保活 → 产生浮动垃圾，留到下次 GC；好处是 remark 只需处理 SATB 缓冲区（量小），停顿短——这与 G1 追求可预测低停顿的目标一致。
对比 CMS：CMS 用增量更新破坏条件①（记黑→白新增引用，remark 重扫黑对象，停顿偏长，无此类浮动垃圾）。两个漏标条件的完整推导见垃圾回收算法的「三色标记与并发漏标」主线。

G1 的完整 GC 流程：

1. Young GC（STW）：

触发条件：Eden Region 被占满
流程：
  Eden Region + Survivor Region → 标记存活对象（借助 RSet 避免全堆扫描）
  → 存活对象复制到新的 Survivor Region
  → 年龄达到阈值的对象晋升到 Old Region
  → 回收原 Eden 和 Survivor Region

特点：
  全程 STW，但只涉及年轻代 Region，停顿较短（通常几毫秒到几十毫秒）
  G1 会动态调整 Eden/Survivor 的 Region 数量以满足停顿目标

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2. 并发标记周期（Concurrent Marking Cycle）：

触发条件：老年代占用达到 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent（默认 45%）

初始标记（Initial Mark）       ← STW（借 Young GC 顺带完成，极短）
  标记 GC Root 直接可达的对象

并发标记（Concurrent Mark）    ← 与用户线程并发
  从 GC Root 遍历整个堆，标记所有存活对象
  使用 SATB（Snapshot-At-The-Beginning）算法保证并发一致性：
  并发开始时对对象图做逻辑快照，期间引用变更通过写屏障记录到 SATB 缓冲区

最终标记（Final Mark / Remark） ← STW
  处理 SATB 缓冲区中并发期间被删除的旧引用，完成标记（缓冲区量小，停顿短）

清理（Cleanup）                 ← 部分 STW + 部分并发
  统计每个 Region 的存活对象比例（STW）
  回收完全空闲的 Region（STW）
  将需要回收的 Region 按垃圾比例排序，加入 CSet（并发）

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3. Mixed GC（混合回收）：

触发条件：并发标记周期完成后自动触发
回收范围：所有 Young Region + 部分垃圾比例高的 Old Region
选择策略：优先选择垃圾最多的 Old Region（Garbage First 得名由来）
执行方式：分多轮执行，每轮都是 STW 的复制回收
控制参数：
  -XX:G1MixedGCCountTarget=8      # 分 8 轮 Mixed GC 逐步完成（默认）
  -XX:G1HeapWastePercent=5         # 可回收垃圾低于堆的 5% 时停止 Mixed GC
  -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=10  # 每轮最多回收 10% 的 Old Region

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4. Full GC（退化回退）：

触发条件：对象分配速度 > 回收速度（Allocation Failure / Evacuation Failure）
表现：JDK 9 及之前退化为单线程 Serial Old GC（停顿极长）
     JDK 10+ 支持并行 Full GC（G1 自身实现），但仍应尽量避免
调优目标：通过调整 MaxGCPauseMillis 和堆大小，确保 Mixed GC 能跟上分配速度

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G1 GC 模式对比：

维度	Young GC	Mixed GC	Full GC
触发条件	Eden 满	并发标记后	分配失败
回收范围	Young Region	Young + 部分 Old	整堆
是否 STW	是	是	是（耗时长）
频率	高	中	应避免

面试回答（2分钟版）

G1 是 JDK9 开始的默认垃圾收集器，最大的创新是把堆划分为约 2048 个大小相等的 Region（1-32MB），每个 Region 可以动态充当 Eden、Survivor、Old 或 Humongous 角色，不再是物理上连续的分代。G1 的核心思想是”Garbage First”，它维护一个停顿预测模型，记录每个 Region 的回收耗时和可回收垃圾量，根据 -XX:MaxGCPauseMillis 目标（默认 200ms）选择在目标时间内能回收最多垃圾的 Region 集合优先回收。跨 Region 引用通过 Remembered Set 解决，每个 Region 的 RSet 记录哪些其他 Region 引用了自己的对象，Minor GC 时不需要扫描整个老年代，只需扫描 RSet，代价是额外 10%-20% 的内存开销。大对象（大于等于 Region 一半）直接分配到 Humongous Region。G1 有三种 GC 模式：Young GC 在 Eden 满时触发只回收年轻代；当老年代占用达到 45% 会启动并发标记周期，分四步——初始标记借 Young GC 顺带完成、并发标记使用 SATB 算法遍历全堆、最终标记处理 SATB 缓冲区、清理统计各 Region 垃圾比例；标记完成后触发 Mixed GC，选择部分垃圾最多的老年代 Region 和全部年轻代一起回收，分多轮完成。如果回收速度跟不上分配速度，G1 会退化为 Full GC，这是需要调优避免的。

追问与易错

追问方向：

“G1 的 Region 大小怎么确定？”→ 1-32MB，默认堆/2048 个 Region
“Mixed GC 和 Full GC 的区别？”→ Mixed 选择部分 Region，Full 回退 Serial Old
“G1 怎么处理跨 Region 引用？”→ Remembered Set，卡表记录跨区引用

易错点：

❌ “G1 不会 Full GC”——如果回收速度跟不上分配速度，会退化为 Full GC
❌ 混淆 Young GC 和 Mixed GC——Mixed GC 包含部分老年代 Region