G1收集器中的堆Region内部清理逻辑

老丽姑娘_2296

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2026-06-24

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原创

g1收集器以region为单位进行局部垃圾回收,通过rset、卡表和cset协同实现精准跨区引用定位与增量式回收。

g1收集器中的堆region内部清理逻辑

G1收集器不按传统“代”整体扫描,而是以Region为单位做局部清理,核心在于“只动该动的区域、只扫必要的引用”。它的内部清理逻辑不是粗暴清空,而是一套配合RSet、卡表与CSet的协同机制。

Region是独立回收的基本单元

整个堆被划分为2048个大小相等的Region(默认1MB~32MB,2的幂次方),每个Region可动态标记为Eden、Survivor、Old或Humongous。它不绑定某一代,角色随GC过程切换。例如一次Young GC后,某个原Eden Region可能变成Survivor;大对象直接落入Humongous Region,且占用连续多个Region。

  • Region大小由JVM自动计算(堆总大小 ÷ 2048,向上取整到2的幂),也可用-XX:G1HeapRegionSize手动指定
  • Humongous Region用于存储≥当前Region一半大小的对象(如Region为2MB,则≥1MB的对象即入H区)
  • Region数量上限2048,因此G1理论最大支持堆约64GB(32MB × 2048)

清理前精准定位跨区引用:RSet + 卡表

局部变量本身在Java栈上,但其引用的对象在堆中。G1不扫描所有线程栈帧,也不遍历老年代全部对象,而是靠Remembered Set(RSet)快速识别“谁指向我”。

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  • 每个Region维护一个RSet,记录其他Region中哪些“卡(Card)”里存有指向本Region的引用
  • 卡是Region内512字节的内存块,卡表(Card Table)标记哪些卡被修改过
  • 写屏障(Write Barrier)在对象引用赋值时异步更新RSet,开销可控
  • Young GC时,只需扫描Eden/Survivor Region + 对应RSet中标记的跨Region引用,跳过绝大部分老年代

按价值驱动回收:Collection Set(CSet)选择机制

CSet是G1后台动态维护的“待回收Region集合”,每次GC只处理其中一部分,实现增量式停顿控制。

  • CSet按“垃圾密度高、回收耗时低”排序,优先选回收收益最大的Region(Garbage First命名来源)
  • Young GC的CSet = 所有Eden Region + 部分Survivor Region
  • Mixed GC的CSet = Young部分 + 若干Old Region(依据并发标记结果和-XX:MaxGCPauseMillis目标动态选取)
  • 回收采用复制算法:存活对象搬入空闲Region,天然消除碎片

没有Full GC,但有兜底机制

G1本身不设计Full GC流程。当内存严重不足、CSet无法及时释放空间时,会退化为调用Serial Old GC进行全堆扫描,但这属于异常场景,非正常回收路径。

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