G1垃圾回收器--基本知識及原理解析
G1介紹（Garbage first）
G1主要面向的是服務端的垃圾回收器。在G1之前，JVM的主要垃圾回收器採用的是物理分代的思想，將記憶體區域嚴格的劃分成年輕代（young GC）和老年代（major GC），然後針對於年輕代和老年代使用不同的垃圾回收器進行GC操作，直到G1，G1採用的是對整個堆進行回收，並且G1使用的分割槽region思想將記憶體劃分成了許多的分割槽。
雖說G1不使用嚴格將記憶體分為年輕代和老年代，但是在邏輯層面G1還是將分割槽region貼上了標籤Eden，Survivor，Old，也是一種分代的思想，並且G1針對於特別大的物件（當一個物件會佔據一個分割槽的一般以上空間G1稱為大物件）會將該大物件用一段連續的多個Humongous分割槽（專門存放大物件）存放。G1的大多數行為都會將Humougous分割槽判定為老年代看待。
每個region的大小可以通過XX:G1HeapRegionSize設定（取值範圍1~32MB），且為2的N次冪。
G1的停頓時間控制
使用者自定義停頓時間
G1的還有一個特點就是使用者可以通過設定-XX:MaxGCPauseMills來設定使用者允許的停頓時間（預設為200ms），G1會根據這個時間儘可能的回收垃圾，所以這也是G1是比較全能的原因。針對使用者自定義停頓時間我們可以猜想到，G1很可能無法完全回收所有垃圾（因為設定了一個時間），但是G1會盡可能的多收集垃圾。
有點類似於老闆給員工制定一個KPI，要求高就多收集點，要求低就少收集點。這也是G1的一個回收特點：並不是回收全部垃圾，而是儘可能在使用者規定得停頓時間內儘可能回收垃圾多的region。
G1如何實現儘可能回收最多垃圾region？
G1之所以能夠建立預測停頓時間的模型，依賴於G1是針對於分割槽region進行整體回收，即每次回收都是以region為單位。那麼G1如何判斷哪些region的回收率高（即垃圾多）：G1收集器會跟蹤每個region裡面垃圾堆積的價值（即回收該region所獲的空間和所需時間的價值），然後再後臺維護一個優先順序列表，每次根據該優先順序列表進行回收（優先處理優先順序高的region），這也是Garbage First的由來。
如果存在跨代引用如何解決？
針對於年輕代的region我們每次都會進行回收，所以不需要考慮年輕代指向老年代。
針對於老年代指向年輕代的引用我們如何選擇（如果不管則使用整個堆的GC root掃描），這裡提出的思想是記憶集rset（remember set），
G1是對每個region維護了一個rset，記憶集中維護了指向自己的region的指標，並且標記指標分別在那些卡頁的範圍之內。由於G1使用了很多的region（每個region都有一個rset），所以G1使用了較高的記憶體，基本佔用Java對記憶體的10%~20%的額外記憶體來維持收集器的工作。
使用者停頓時間的設定
- 如果使用者停頓時間過長：那麼會導致使用者執行緒停止很長時間，降低吞吐量。
- 如果使用者停頓時間過短：那麼會導致一次GC回收不了太多的垃圾物件，則會導致頻繁GC，也會降低吞吐量。
G1垃圾收集的工作流程
G1的收集過程主要分為四步：
1.初始標記
僅僅標記GC roots能直接關聯到的物件。該步驟需要STW，但是時間極短。
2.併發標記
從GC roots使用可達性演算法，對堆記憶體中物件進行標記（三色標記法），遞迴掃描整個堆。該步驟耗時過長，是與使用者業務程式併發執行。
3.重新標記
對使用者執行緒短暫的STW，用於處理併發標記中物件的一些變更情況的最終確定。
4.篩選回收
G1會根據使用者規定的停頓時間，最大的回收region，將需要被回收的region複製到空白region中，再將原region全部回收。該步驟也需要STW，因為涉及到了物件的移動（一個region到另一個region）。
三色標記法
黑色：自身及其子物件已經被標記。
灰色：自身已經被標記，但是子物件沒有完全被標記
白色：自身未被標記，如果標記結束後仍然為白色，則是垃圾物件。