G1GC

-rocketmq启动时遇到的问题

G1（Garbage First）垃圾回收器详解

G1 GC（Garbage First Garbage Collector）是 JDK 9+ 的默认垃圾回收器，设计目标是在大内存（6GB+）、低延迟、高吞吐的场景下，提供可预测的 GC 停顿时间。

它采用了 Region 分区和并发回收机制，使得 STW（Stop-The-World）停顿时间比传统 GC 更短、更可控。

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G1 GC 的主要特点

基于 Region 进行内存管理 • 传统 GC（如 CMS）将堆分为新生代（Young）和老年代（Old），而 G1 将整个堆划分为多个相等大小的 Region（区域），每个 Region 的大小可以动态调整。 • Region 的划分方式： • Eden（伊甸园区）：新创建的对象最先分配到 Eden 区。 • Survivor（幸存区）：经过多次 GC 仍存活的对象进入 Survivor 区。 • Old（老年代）：在 Survivor 区存活足够长时间的对象进入 Old 区。 • Humongous（巨型对象区）：存储超过 Region 大小一半的大对象。
并发标记，减少 STW 停顿 • G1 采用多线程并发执行垃圾回收，尽量减少应用线程的暂停时间，提高吞吐量。 • 在回收过程中，G1 优先清理垃圾最多的 Region，因此称为 “Garbage First”（垃圾优先）。
可预测的暂停时间 • 可以通过参数 -XX:MaxGCPauseMillis=目标时间来设定期望的 GC 停顿时间（默认 200ms）。 • G1 GC 会尽量满足设定的暂停时间目标，让 GC 过程更加可控。
避免碎片化 • G1 GC 采用混合回收，不仅回收垃圾，还会整理堆内存，避免内存碎片化，保证大对象能顺利分配。

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G1 GC 运行机制

G1 GC 的垃圾回收过程分为四个阶段：

初始标记（Initial Mark，STW） • 标记根对象（GC Roots）可达的对象，并将其所在的 Region 设为 “需要回收”。 • 这个阶段会发生 STW，但时间很短。
并发标记（Concurrent Marking） • 在应用运行的同时，并发扫描整个堆，标记垃圾对象，计算每个 Region 的存活数据。 • 不会停止应用线程，提高性能。
最终标记（Final Mark，STW） • 在并发标记结束后，暂停应用线程，处理存活对象，确保标记信息的准确性。 • 短暂停顿（STW）。
复制清理（Evacuation） • 将存活对象复制到新 Region（Survivor/Old），释放垃圾对象所在的 Region，并进行碎片整理。 • 这一步可能导致 STW，但 G1 GC 会控制 STW 时间，避免长时间卡顿。

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G1 GC 实战案例

场景

假设有一个 Java Web 应用，使用 8 核 16GB 内存的服务器，堆内存分配 8GB，期望 GC 停顿时间不超过 100ms。

JVM 配置

java -Xms8g -Xmx8g
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
-XX:G1HeapRegionSize=16m
-XX:+PrintGCDetails -Xlog:gc

参数解析

参数作用 -XX:+UseG1GC 启用 G1 垃圾回收器 -XX:MaxGCPauseMillis=100 设定 GC 目标停顿时间为 100ms -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 当整个堆使用达到 45% 时触发 GC -XX:G1HeapRegionSize=16m 每个 Region 设为 16MB -XX:+PrintGCDetails -Xlog:gc 打印 GC 详细日志

示例 GC 日志

[GC pause (G1 Evacuation Pause) (mixed), 0.091s] [Parallel Time: 85.6 ms, GC Workers: 8] [GC Worker Start (ms): Min: 53012, Avg: 53015, Max: 53018, Diff: 6] [GC Worker End (ms): Min: 53098, Avg: 53099, Max: 53100, Diff: 2] [Termination (ms): 0.5] [Other: 5.4 ms]

分析： • 这次 GC 仅暂停了 91ms，符合 -XX:MaxGCPauseMillis=100 目标。 • GC 线程数 8，说明 G1 使用多线程并行回收。 • G1 Evacuation Pause（mixed）表示这次是混合回收（包括 Young 和 Old）。

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G1 GC 的优缺点

✅ 优势 • STW 停顿时间可控（适合低延迟应用）。 • 自动整理内存，避免碎片化（不像 CMS）。 • 高吞吐量，适用于大内存场景（6GB+）。 • 支持并发回收，不影响应用运行。

❌ 劣势 • 相比 Parallel GC 吞吐量略低，适用于需要低延迟的应用，但批量计算型应用（如大数据）仍推荐 Parallel GC。 • G1 GC 可能会触发 Full GC（如果回收速度赶不上分配速度），此时会导致长时间 STW，应合理调整 MaxGCPauseMillis。 • 比 CMS 更消耗 CPU（因为要做额外的内存整理）。

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G1 GC 适用场景

适用场景推荐理由大堆（6GB+）的 Java 应用 G1 能有效管理大内存，避免长时间 GC 停顿在线系统（低延迟要求）例如 Web 服务器、微服务、数据库系统企业级应用 Spring Boot、Tomcat、Kafka、Elasticsearch

不适用场景

不适用场景原因小内存应用（<4GB） G1 GC 额外的 Region 管理开销可能导致性能下降批量计算任务 Parallel GC 提供更高的吞吐量低 CPU 资源环境 G1 需要额外的 CPU 进行并发标记

总结 • G1 GC 采用 Region 机制，避免了 CMS 的碎片化问题。 • 通过并发标记 + 并行回收，提供低延迟体验。 • 适用于大堆、低停顿的在线系统（如 Web 服务、数据库）。 • JDK 9+ 默认使用 G1 GC，推荐在 6GB+ 内存的 Java 应用中使用。

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