097_G1垃圾回收器的分区

G1我们要讲什么？

（1）G1的一些基本原理，比如，分区原理，对象分配原理，跨分区存储的原理。

（2）G1的一些设计思想，比如停顿预测模型，regionSize设计，对象快速分配设计等

（3）G1的GC过程及原理，包括ygc，mixedgc，fullgc的一些流程、细节、源码等。

本节内容：

1、G1垃圾回收器的简单介绍（垃圾优先回收器）

（1）垃圾回收优先

G1垃圾回收器，也可以叫垃圾回收优先回收器（Garbage-First，G1），一句话概括就是，这种垃圾回收器，会优先回收垃圾，不会等到空间全部占满， 然后进行回收。

（2）停顿预测模型

停顿预测模型，预测一次回收可以回收的分区数量，以满足我们对停顿时间的要求

（3）化整为零的分区机制

Par New + CMS 这种回收器的分区是，新生代，老年代，s区。

G1是，把一整个大块儿的内存，分成n个相同大小的分区（region）比较灵活，这种灵活可变的region机制，是G1能够做到控制停顿时间的核心设计。

2、传统的分代模型和G1的内存模型对比

（1）HeapRegion G1垃圾回收器内存管理的基本单位，也是最小单位。

分区类型：

新生代分区：Young Heap Region YHR

自由分区：Free Heap Region FHR

老年代分区：Old Heap Region OHR

大对象分区：Humongous Heap Region HHR

（2）ParNew +CMS 与G1的内存模型对比

优势：它不用做很多复杂分区管理的相关的东西。并且，小内存的时候，垃圾回收其实不会造成很大的停顿。

劣势：用ParNew +CMS ，给64GB的内存给JVM，eden区可能直接，20-30GB，回收一次eden区要2-3s，请求都可能直接超时了，是不是就比较恐怖？

内存分代模型中，传统的分代模型是按照块儿状来做内存分配，这种分配管理的方式，会有一些不足。比如在大内存机器的场景下，会出现一次GC时间过长，导致stop the world时间较长，严重的情况下，会对用户体验造成比较大的影响。

针对大内存场景，诞生了G1这种垃圾回收器，G1管理内存的时候，化整为零，直接将内存块儿，分割成了n个小内存块儿，根据需求，动态的分配给新生代，老年代，大对象来使用，同时G1 会根据垃圾回收的情况动态改变新生代（包括老年代、大对象分区）的大小（region个数）。

比如，有对象需要分配的时候，就有可能会对新生代进行扩展--动态变化的意思，扩展（新增）几个region，也有可能是，减少一些region。垃圾回收，回收时间比较长，说明GC压力太大，这个时候，是不是可以考虑，少给一些分区。

保证回收和程序运行的一个平衡。

所以，我们第一个比较关键的知识点，就是和region，也就是分区有关。所以，我们来看看region分区相关的内容。

3、G1如何设置HeapRegion（HR）的大小?

（1）手动式——通过参数设置 G1HeapRegionSize，默认为0 

Region的大小限制，范围，1-32MB，同时需要满足 1 2 4 8 16 32

（2）启发式推断——G1本身通过算法自动计算 G1根据内存（堆内存大小、分区的个数）的情况自动计算出region大小

注意：region的大小，只能在1-32MB之间，不能小于1MB，也不能大于32MB，并且要满足是2的n次方。即，1，2，4，8，16，32这几个值。如果指定的值不是这个范围内的值，G1会根据一定的算法规则自动调整。

4、思考：HR的大小会对垃圾回收造成什么影响？为什么要设置成1 2 4 8 16 32？

（1）如果Region过小，比如说，256KB？ 造成对象分配的性能问题

系统运行，创建的对象，一般也有可能是几十到几百KB。

第一，找到一个可以使用的region难度增加

分配一个对象需要找region的次数就会越多。简单来讲，就是，大海捞针，创建对象洒洒水，找个region跑断腿……

第二，跨分区存储的概率增加

分配对象的时候，可能需要找多次region分区，分区越小，就说明，同样的内存大小，可以存储的对象太少，还可能会出现，大量的稍微大一点的对象，就超过了一个region的大小，那么就只能跨分区存储，一个对象，要用多个region去存储，这个时候，分配一个对象的开销还是会比较大。

（2）如果Region过大，比如说，64MB，128MB，256MB？造成GC性能问题。

第一：region回收价值的判定很麻烦。

Region一大块儿内存，做回收性价比判断？肯定比小region要难度大

第二：回收的判定过程会更加复杂。

GC ROOTs，追踪标记对象，然后标记垃圾对象，遇到跨代，跨区的存储，还要做一些额外的其他处理，导致回收需要的时间更长，在做垃圾回收的时候，是不是需要判断那些对象，需要回收。这个过程就会更加复杂。

为了平衡分配效率和回收的效率。在保证两者的性能的同时，设置一个合理的region分区大小。

（3）为什么要设置成 1 2 4 8 16 32这几个值的范围？2的n次方

第一，造成内存碎片，内存浪费的问题

一般内存的分配都是，几个G，比如2048 MB，4096MB，或者8G 32G这种的，如果搞一个region = 3MB、15MB、23MB，有多少个分区，不能整除？是不是有可能分区数量不是整数？这是不是有可能导致内存碎片，有一部分没有利用上？扩展内存，也是按照2的倍数去扩展的。底层内存是不是按照字节为单位，位这个东西。

第二，计算机底层无法利用2进制计算速度快的特性

并且，计算机底层我们都知道是二进制的，如果使用非2的n次幂的数，在region数量计算，自动扩展region数量的时候，除了内存碎片，有可能也无法利用计算机底层2进制计算的速度快的特性。（位运算速度非常快。）

2 * 2   ,1 << 2来做计算。

设置一个比较合理的region大小很重要。如何设置呢，让他能够计算出一个比较合理的值？

5、region的大小到底是如何计算的？

（1）堆分区的个数  默认2048个，这个数字会根据具体的内存大小自动计算。

计算regionsize的时候，会直接用这个默认的2048这个值。

（2）堆内存的大小  默认最大96MB，最小为0MB

设置InitialHeapSize相当于设置Xms，设置MaxHeapSize相当于设置Xmx

（3）计算公式：region_size = max((InitialHeapSize+MaxHeapSize)/ 2 / 2048,1MB)[1,32]最小值

（4）举几个例子：

第一种，只指定region大小：

假如region大小设置为2MB，则G1的总内存大小为，2048 * 2MB = 4GB  分区个数2048

第二种，指定堆内存大小，且最大值等于最小值：

假如设置堆内存大小： Xms,Xmx，并且Xms = Xmx=32GB，则regionSize = max((32GB+32GB)/2 / 2048),1MB) = 16MB

第三种，指定堆内存大小，且最大值不等于最小值：

假如设置堆内存大小Xms,Xmx，并且Xms = 32GB，Xmx=128GB，则RegionSize = max((32GB+128GB)/2/2048,1MB) = 32MB。并且由于G1垃圾回收器会自动计算分区个数，在这个例子中，分区的个数范围在32GB/32MB=1024 ~ 128GB/32MB=4096之间。

假如设置堆内存大小Xms,Xmx，并且Xms = 64GB，Xmx=256GB，大家自己计算一下。

6、regionSize如果不符合规则，G1是怎么处理的？

最后留一个问题，regionSize如果我设置成3MB，或者1.5MB，64MB，不符合G1的限制条件，会怎么样？或者说，如果我的堆内存给的是3G，然后计算出来的regionSize是一个非2的n次幂，G1会做什么处理？

会做动态调整regionsize。