小编说：本文作者周明耀，让我们回到1998年，随作者从GC发展史开始一同重新了解G1 GC。
相关图书推荐，《深入理解JVM ＆ G1 GC》。

7岁那年，当我合上《上下五千年》一套三册全书时，我对自己说，我想当个作家。这一晃27年了，等待了27年，我的第一本书《大话Java性能优化》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，感谢读者的厚爱。《深入理解JVM&G1 GC》这本书是我的第二本书，也即将面世。对于我的每一本书，我都怀着忐忑、惊喜的心情，就像第一次面对我的女儿“小顽子”，给她取这个小名，希望她顽强到底，因为我相信，你若顽强到底，一切皆有可能。

我喜欢看书，每年购买的书接近100本，也喜欢对技术进行积累。一直没有出书的想法，直到遇到了电子工业出版社的董老师，在深圳南湖的一席畅谈后，我决定做一位业余的技术作家，致力于中国软件开发行业的技术推广、普及、推动。

这本书是介绍JVM和G1 GC的，让我们回忆一下。还记得哆啦A梦吗？他和大熊有一张书桌，书桌的抽屉其实是一个时空穿梭通道，现在让我们来掌控这个时空机器，回到1998年。那年的12月8日，第二代Java平台的企业版J2EE正式对外发布。为了配合企业级应用落地，1999年4月27日，Java程序的舞台—Java HotSpot Virtual Machine（以下简称HotSpot ）正式对外发布，并从这之后发布的JDK1.3版本开始，HotSpot成为Sun JDK的默认虚拟机。

GC发展历史简介

1999年随JDK1.3.1一起来的是串行方式的Serial GC ，它是第一款GC，并且这只是起点。此后，JDK1.4和J2SE1.3相继发布。2002年2月26日，J2SE1.4发布，Parallel GC 和Concurrent Mark Sweep （CMS）GC跟随JDK1.4.2一起发布，并且Parallel GC在JDK6之后成为HotSpot默认GC。

HotSpot有这么多的垃圾回收器，那么如果有人问，Serial GC、Parallel GC、Concurrent Mark Sweep GC这三个GC有什么不同呢？请记住以下口令：

如果你想要最小化地使用内存和并行开销，请选Serial GC；

如果你想要最大化应用程序的吞吐量，请选Parallel GC；

如果你想要最小化GC的中断或停顿时间，请选CMS GC。

那么问题来了，既然我们已经有了上面三个强大的GC，为什么还要发布Garbage First（G1）GC？原因就在于应用程序所应对的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有GC就不能保证应用程序正常进行，而经常造成STW的GC又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对GC进行优化。

为什么名字叫做Garbage First（G1）呢？

因为G1是一个并行回收器，它把堆内存分割为很多不相关的区间（Region），每个区间可以属于老年代或者年轻代，并且每个年龄代区间可以是物理上不连续的。

老年代区间这个设计理念本身是为了服务于并行后台线程，这些线程的主要工作是寻找未被引用的对象。而这样就会产生一种现象，即某些区间的垃圾（未被引用对象）多于其他的区间。

垃圾回收时实则都是需要停下应用程序的，不然就没有办法防治应用程序的干扰 ，然后G1 GC可以集中精力在垃圾最多的区间上，并且只会费一点点时间就可以清空这些区间里的垃圾，腾出完全空闲的区间。

绕来绕去终于明白了，由于这种方式的侧重点在于处理垃圾最多的区间，所以我们给G1一个名字：垃圾优先（Garbage First）。

G1 GC基本思想

G1 GC是一个压缩收集器，它基于回收最大量的垃圾原理进行设计。G1 GC利用递增、并行、独占暂停这些属性，通过拷贝方式完成压缩目标。此外，它也借助并行、多阶段并行标记这些方式来帮助减少标记、重标记、清除暂停的停顿时间，让停顿时间最小化是它的设计目标之一。

G1回收器是在JDK1.7中正式投入使用的全新的垃圾回收器，从长期目标来看，它是为了取代CMS 回收器。G1回收器拥有独特的垃圾回收策略，这和之前提到的回收器截然不同。从分代上看，G1依然属于分代型垃圾回收器，它会区分年轻代和老年代，年轻代依然有Eden区和Survivor区，但从堆的结构上看，它并不要求整个Eden区、年轻代或者老年代在物理上都是连续。

综合来说，G1使用了全新的分区算法，其特点如下所示：

1.并行性：G1在回收期间，可以有多个GC线程同时工作，有效利用多核计算能力；

2.并发性：G1拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可以和应用程序同时执行，因此，一般来说，不会在整个回收阶段发生完全阻塞应用程序的情况；

3.分代GC：G1依然是一个分代收集器，但是和之前的各类回收器不同，它同时兼顾年轻代和老年代。对比其他回收器，或者工作在年轻代，或者工作在老年代；

4.空间整理：G1在回收过程中，会进行适当的对象移动，不像CMS只是简单地标记清理对象。在若干次GC后，CMS必须进行一次碎片整理。而G1不同，它每次回收都会有效地复制对象，减少空间碎片，进而提升内部循环速度。

5.可预见性：由于分区的原因，G1可以只选取部分区域进行内存回收，这样缩小了回收的范围，因此对于全局停顿情况的发生也能得到较好的控制。

随着G1 GC的出现，GC从传统的连续堆内存布局设计，逐渐走向不连续内存块，这是通过引入Region概念实现，也就是说，由一堆不连续的Region组成了堆内存。其实也不能说是不连续的，只是它从传统的物理连续逐渐改变为逻辑上的连续，这是通过Region的动态分配方式实现的，我们可以把一个Region分配给Eden、Survivor、老年代、大对象区间、空闲区间等的任意一个，而不是固定它的作用，因为越是固定，越是呆板。

G1 GC垃圾回收机制

通过市场的力量，不断淘汰旧的行业，把有限的资源让给那些竞争力更强、利润率更高的企业。类似地，硅谷也在不断淘汰过时的人员，从全世界吸收新鲜血液。经过半个多世纪的发展，在硅谷地区便形成只有卓越才能生存的文化。本着这样的理念，GC承担了淘汰垃圾、保存优良资产的任务。

G1 GC在回收暂停阶段会回收最大量的堆内区间（Region），这是它的设计目标，通过回收区间达到回收垃圾的目的。这里只有一个例外情况，这个例外发生在并行标记阶段的清除（Cleanup）步骤，如果G1 GC在清除步骤发现所有的区间都是由可回收垃圾组成的，那么它会立即回收这些区间，并且将这些区间插入到一个基于LinkedList实现的空闲区间队列里，以待后用。因此，释放这些区间并不需要等待下一个垃圾回收中断，它是实时执行的，即清除阶段起到了最后一道把控作用。这是G1 GC和之前的几代GC的一大差别。

G1 GC的垃圾回收循环由四个主要类型组成：

年轻代循环
多步骤并行标记循环
混合收集循环
Full GC

在年轻代回收期，G1 GC暂停应用程序线程，然后从年轻代区间移动存活对象到Survivor区间或者老年区间，也有可能是两个区间都会涉及。对于一个混合回收期，G1 GC从老年区间移动存活对象到空闲区间，这些空闲区间也就成为了老年代的一部分。

技术方面介绍到这里，有兴趣的读者可以买一本看看。这本书主要为学习Java语言的学生、初级程序员提供JVM和GC的使用和优化建议及经验交流，力求做到知识的综合传播，而不是仅仅只针对Java虚拟机调优进行讲解。本书具体来说包括以下几方面：JVM基础知识、GC基础知识、G1 GC深入介绍、G1 GC调优建议、JDK自带工具使用介绍等。