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深入解剖 G1 收集器的分区模型与调优策略

news 来源：原创 2025/7/14 21:47:04

JVM 垃圾收集系列之三 | 高并发低延迟系统的首选 GC 解法！

一、为什么我们需要 G1 垃圾收集器？

在传统 GC（如 CMS）中，我们常常面临的问题是：

GC 停顿不可预测（Stop-The-World）
内存碎片严重，导致 Full GC 触发频繁
并发阶段对应用线程影响较大

为了解决这些问题，G1（Garbage First）作为 Java 7u4 引入的新一代垃圾收集器，于 JDK9 成为默认 GC，具备以下特性：

可预测的低延迟 GC
分区化的堆结构，减少碎片
并发、并行、多线程的回收方式
自动调整回收策略

二、G1 的核心设计理念：Region 分区模型

G1 如何划分堆内存？

G1 将整个堆划分为多个大小相等的 Region（区域），默认每个 Region 为 1MB～32MB，总数通常在 2048 个以内。

各 Region 的角色：

Region 类型	说明
Eden	新生对象首次分配的内存区域
Survivor	新生代中从 Eden 存活下来的对象
Old	老年代，存活时间长或大对象直接进入
Humongous	超大对象（大于 Region 一半大小）所在区域，连续多个 Region 组成
Available	空闲未使用的 Region

内存示意图：

三、G1 的垃圾回收流程解析

Young GC（年轻代回收）

触发时机：Eden 区满
只回收 Eden 和部分 Survivor 区
并发 + 并行执行，暂停时间短

Mixed GC（混合回收）

回收 Eden、Survivor 以及部分 Old 区
在 Heap 使用率高时触发
是 G1 的关键性能优化点

Full GC（全堆回收）

不常见，一般在 G1 处理不过来、Humongous 太多时触发
使用单线程串行 GC，性能非常差
应尽量避免

四、G1 调优参数详解

基本启动参数

-XX:+UseG1GC                         # 启用 G1 收集器
-XX:MaxGCPauseMillis=200            # 目标最大 GC 停顿时间（默认 200ms）
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45  # 启动 Mixed GC 的堆占用阈值（默认 45%）
-XX:ParallelGCThreads=8             # 并行 GC 线程数
-XX:ConcGCThreads=2                 # 并发标记线程数

容量控制参数

-Xms4g -Xmx4g           # 固定堆大小，避免动态扩容
-XX:NewRatio=2          # 年轻代 : 老年代 = 1 : 2（也可使用 G1 自动调整）

五、如何判断 G1 回收效果好不好？

你可以从 GC 日志中分析如下信息：

[GC pause (G1 Evacuation Pause) (young) 1024M->512M(2048M), 0.050 secs]

判断标准：

指标	建议范围
GC 停顿时间	小于目标 `MaxGCPauseMillis`
Mixed GC 间隔	合理、稳定，不频繁
Humongous 区比例	< 10%，避免大量超大对象产生

可视化工具推荐：

GCEasy.io
GCViewer
JDK Flight Recorder (JFR)
JVisualVM

G1 实战调优策略

初始建议配置（典型线上配置）

-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
-XX:G1HeapRegionSize=8M
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions
-XX:+UseStringDeduplication

适合 G1 的场景：

场景	是否推荐使用 G1
Web 服务（高并发）	✅ 推荐
大内存中台系统	✅ 推荐
对 GC 停顿极敏感系统	✅ 推荐 G1 / ZGC
桌面小程序	❌ 资源浪费，推荐 SerialGC

调优流程：

开启 GC 日志并观察 Eden/Old 增长趋势
设置合适的堆大小，避免频繁 GC
调整 MaxGCPauseMillis 观察 STW 变化
控制对象分配，避免大量大对象直进老年代
使用 G1HeapRegionSize 控制碎片问题

七、注意事项与陷阱

问题	说明
Humongous 对象过多	会导致频繁 Full GC，建议优化代码避免大对象
`-Xms != -Xmx`	会导致堆扩容回收频繁，推荐设置相等
G1 未能达到 `MaxGCPauseMillis`	说明 GC 压力大，需调大堆、优化代码分配
与 CMS 参数混用	无效！使用 G1 时应专注 G1 参数配置

八、总结：为什么 G1 是现代服务优选？

分区结构灵活
可预测的 GC 停顿
混合回收提升吞吐
支持并发标记、并发清理
自动调整内存分区，减轻调优压力

下一篇，垃圾回收（GC）基础原理，敬请关注！

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