简介

G1（Garbage-First）是一种服务于 多核、大内存、低延迟 应用场景的 服务器端垃圾收集器，自 JDK 9 起成为默认 GC。其主要目标是以可预测的停顿时间来实现高吞吐量。

G1 GC 的设计目标

可预测的 GC 停顿时间（如 <200ms）
减少 Full GC 的频率
高吞吐量与低延迟的平衡
并行与并发执行，提高 CPU 利用率

内存结构

G1 GC 将堆划分为多个等大小的 Region（区域），每个 Region 大小为 1MB 到 32MB（默认 4MB），总数不超过 2048。

年轻代（Young Generation）：包含 Eden 和 Survivor 区域，分布在多个 Region 中
老年代（Old Generation）：由存活对象多次晋升后形成
Humongous Region：用于存放大对象（大于一个 Region 的一半）

+------------------------------------------------------+
|                      Java Heap                       |
| +-----------+  +-----------+  +-----------+          |
| |  Eden     |  | Survivor  |  |  Old Gen  |   ...     |
| |  Region   |  |  Region   |  |  Region   |           |
| +-----------+  +-----------+  +-----------+           |
+------------------------------------------------------+

回收过程

G1 的 GC 过程主要分为以下阶段：

初始标记（Initial Mark）

标记从 GC Roots 可达的对象
只处理 Eden 区中的新对象引用
与 Minor GC 一起发生（STW）

并发标记（Concurrent Mark）

并发执行，不会暂停应用线程
遍历整个堆中的对象图，识别存活对象
构建每个 Region 的存活率统计信息

最终标记（Final Mark / Remark）

STW 阶段
补充并发标记过程中遗漏的变更
采用 SATB（Snapshot-At-The-Beginning）写屏障

筛选回收（Cleanup / Evacuation）

选出回收价值高的 Region 进行回收（依据回收成本与收益）
将存活对象移动（Evacuation）到其他 Region
回收原 Region，形成空 Region

混合回收（Mixed GC）

在 Full GC 之前，G1 会执行 Mixed GC：

回收部分 Old Region + 所有 Young Region
并非一次完成，分多次 Mixed GC 执行，降低单次停顿时间
策略性选择回收的 Old Region

与其他 GC 的比较

特性	CMS	G1 GC	ZGC/ Shenandoah
并发标记	有	有	有
并发清理	有	有（只处理部分 Region）	有
Region 化	否（分代）	是（统一 Region）	是
停顿时间	不可预测	可预测	极低停顿
吞吐量	高	高	中
优化目标	响应性	响应性 + 吞吐量	极低延迟