引言：本文作者周明耀，讓我們回到1998年，随作者從GC發展史開始一同重新了解G1 GC。
相關圖書推薦，《深入了解JVM ＆ G1 GC》。
7歲那年，當我合上《上下五千年》一套三冊全書時，我對自己說，我想當個作家。這一晃27年了，等待了27年，我的第一本書《大話Java性能優化》在2016年4月正式面世，2016年8月第二次印刷，2017年5月第三次印刷，感謝讀者的厚愛。《深入了解JVM&G1 GC》這本書是我的第二本書，也即将面世。對于我的每一本書，我都懷着忐忑、驚喜的心情，就像第一次面對我的女兒“小頑子”，給她取這個小名，希望她頑強到底，因為我相信，你若頑強到底，一切皆有可能。
我喜歡看書，每年購買的書接近100本，也喜歡對技術進行積累。一直沒有出書的想法，直到遇到了電子工業出版社的董老師，在深圳南湖的一席暢談後，我決定做一位業餘的技術作家，緻力于中國軟體開發行業的技術推廣、普及、推動。
這本書是介紹JVM和G1 GC的，讓我們回憶一下。還記得哆啦A夢嗎？他和大熊有一張書桌，書桌的抽屜其實是一個時空穿梭通道，現在讓我們來掌控這個時空機器，回到1998年。那年的12月8日，第二代Java平台的企業版J2EE正式對外釋出。為了配合企業級應用落地，1999年4月27日，Java程式的舞台—Java HotSpot Virtual Machine（以下簡稱HotSpot ）正式對外釋出，并從這之後釋出的JDK1.3版本開始，HotSpot成為Sun JDK的預設虛拟機。
GC發展曆史簡介
1999年随JDK1.3.1一起來的是串行方式的Serial GC ，它是第一款GC，并且這隻是起點。此後，JDK1.4和J2SE1.3相繼釋出。2002年2月26日，J2SE1.4釋出，Parallel GC 和Concurrent Mark Sweep （CMS）GC跟随JDK1.4.2一起釋出，并且Parallel GC在JDK6之後成為HotSpot預設GC。
HotSpot有這麼多的垃圾回收器，那麼如果有人問，Serial GC、Parallel GC、Concurrent Mark Sweep GC這三個GC有什麼不同呢？請記住以下密碼：
- 如果你想要最小化地使用記憶體和并行開銷，請選Serial GC；
- 如果你想要最大化應用程式的吞吐量，請選Parallel GC；
- 如果你想要最小化GC的中斷或停頓時間，請選CMS GC。
那麼問題來了，既然我們已經有了上面三個強大的GC，為什麼還要釋出Garbage First（G1）GC？原因就在于應用程式所應對的業務越來越龐大、複雜，使用者越來越多，沒有GC就不能保證應用程式正常進行，而經常造成STW的GC又跟不上實際的需求，是以才會不斷地嘗試對GC進行優化。
為什麼名字叫做Garbage First（G1）呢？
因為G1是一個并行回收器，它把堆記憶體分割為很多不相關的區間（Region），每個區間可以屬于老年代或者年輕代，并且每個年齡代區間可以是實體上不連續的。
老年代區間這個設計理念本身是為了服務于并行背景線程，這些線程的主要工作是尋找未被引用的對象。而這樣就會産生一種現象，即某些區間的垃圾（未被引用對象）多于其他的區間。
垃圾回收時實則都是需要停下應用程式的，不然就沒有辦法防治應用程式的幹擾 ，然後G1 GC可以集中精力在垃圾最多的區間上，并且隻會費一點點時間就可以清空這些區間裡的垃圾，騰出完全空閑的區間。
繞來繞去終于明白了，由于這種方式的側重點在于處理垃圾最多的區間，是以我們給G1一個名字：垃圾優先（Garbage First）。
G1 GC基本思想
G1 GC是一個壓縮收集器，它基于回收最大量的垃圾原理進行設計。G1 GC利用遞增、并行、獨占暫停這些屬性，通過拷貝方式完成壓縮目标。此外，它也借助并行、多階段并行标記這些方式來幫助減少标記、重标記、清除暫停的停頓時間，讓停頓時間最小化是它的設計目标之一。
G1回收器是在JDK1.7中正式投入使用的全新的垃圾回收器，從長期目标來看，它是為了取代CMS 回收器。G1回收器擁有獨特的垃圾回收政策，這和之前提到的回收器截然不同。從分代上看，G1依然屬于分代型垃圾回收器，它會區分年輕代和老年代，年輕代依然有Eden區和Survivor區，但從堆的結構上看，它并不要求整個Eden區、年輕代或者老年代在實體上都是連續。
綜合來說，G1使用了全新的分區算法，其特點如下所示：
- 并行性：G1在回收期間，可以有多個GC線程同時工作，有效利用多核計算能力；
- 并發性：G1擁有與應用程式交替執行的能力，部分工作可以和應用程式同時執行，是以，一般來說，不會在整個回收階段發生完全阻塞應用程式的情況；
- 分代GC：G1依然是一個分代收集器，但是和之前的各類回收器不同，它同時兼顧年輕代和老年代。對比其他回收器，或者工作在年輕代，或者工作在老年代；
- 空間整理：G1在回收過程中，會進行适當的對象移動，不像CMS隻是簡單地标記清理對象。在若幹次GC後，CMS必須進行一次碎片整理。而G1不同，它每次回收都會有效地複制對象，減少空間碎片，進而提升内部循環速度。
- 可預見性：由于分區的原因，G1可以隻選取部分區域進行記憶體回收，這樣縮小了回收的範圍，是以對于全局停頓情況的發生也能得到較好的控制。
随着G1 GC的出現，GC從傳統的連續堆記憶體布局設計，逐漸走向不連續記憶體塊，這是通過引入Region概念實作，也就是說，由一堆不連續的Region組成了堆記憶體。其實也不能說是不連續的，隻是它從傳統的實體連續逐漸改變為邏輯上的連續，這是通過Region的動态配置設定方式實作的，我們可以把一個Region配置設定給Eden、Survivor、老年代、大對象區間、空閑區間等的任意一個，而不是固定它的作用，因為越是固定，越是呆闆。
G1 GC垃圾回收機制
通過市場的力量，不斷淘汰舊的行業，把有限的資源讓給那些競争力更強、利潤率更高的企業。類似地，矽谷也在不斷淘汰過時的人員，從全世界吸收新鮮血液。經過半個多世紀的發展，在矽谷地區便形成隻有卓越才能生存的文化。本着這樣的理念，GC承擔了淘汰垃圾、儲存優良資産的任務。
G1 GC在回收暫停階段會回收最大量的堆内區間（Region），這是它的設計目标，通過回收區間達到回收垃圾的目的。這裡隻有一個例外情況，這個例外發生在并行标記階段的清除（Cleanup）步驟，如果G1 GC在清除步驟發現所有的區間都是由可回收垃圾組成的，那麼它會立即回收這些區間，并且将這些區間插入到一個基于LinkedList實作的空閑區間隊列裡，以待後用。是以，釋放這些區間并不需要等待下一個垃圾回收中斷，它是實時執行的，即清除階段起到了最後一道把控作用。這是G1 GC和之前的幾代GC的一大差别。
G1 GC的垃圾回收循環由四個主要類型組成：
- 年輕代循環
- 多步驟并行标記循環
- 混合收集循環
- Full GC
在年輕代回收期，G1 GC暫停應用程式線程，然後從年輕代區間移動存活對象到Survivor區間或者老年區間，也有可能是兩個區間都會涉及。對于一個混合回收期，G1 GC從老年區間移動存活對象到空閑區間，這些空閑區間也就成為了老年代的一部分。
技術方面介紹到這裡，有興趣的讀者可以買一本看看。這本書主要為學習Java語言的學生、初級程式員提供JVM和GC的使用和優化建議及經驗交流，力求做到知識的綜合傳播，而不是僅僅隻針對Java虛拟機調優進行講解。本書具體來說包括以下幾方面：JVM基礎知識、GC基礎知識、G1 GC深入介紹、G1 GC調優建議、JDK自帶工具使用介紹等。
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