G1（Garbage First）是现代 HotSpot JVM 中非常重要的垃圾回收器。它的目标是在可控停顿时间下，尽可能获得较好吞吐。

1. G1 的设计目标

G1 面向服务端应用，适合较大堆和对延迟有一定要求的场景。

它关注：

• 可预测停顿。
• 大堆管理。
• 分区回收。
• 并发标记。
• 整理内存减少碎片。

JDK 9 起，G1 成为服务端默认垃圾回收器。

2. Region

G1 把堆划分为多个大小相等的 Region。

Heap = Region + Region + Region + ...

Region 可以扮演：

• Eden。
• Survivor。
• Old。
• Humongous。

这使 G1 不再依赖物理连续的新生代和老年代。

3. Garbage First 的含义

G1 会根据每个 Region 的垃圾比例和回收收益，优先回收“垃圾最多、收益最高”的 Region。

这就是 Garbage First 的含义。

它不是每次回收整个老年代，而是在停顿目标内选择一批 Region 构成 Collection Set。

4. G1 回收类型

常见回收类型：

• Young GC：回收年轻代 Region。
• Concurrent Mark：并发标记整个堆的存活信息。
• Mixed GC：回收年轻代 Region，同时回收部分老年代 Region。
• Full GC：退化场景，通常需要重点关注。

5. 停顿目标

G1 可以设置期望停顿目标：

-XX:MaxGCPauseMillis=200

这是目标，不是硬保证。JVM 会尽量根据目标选择回收多少 Region。

停顿目标设置过低可能导致：

• 每次回收 Region 太少。
• 垃圾回收追不上分配速度。
• 并发标记压力增加。
• 甚至触发 Full GC。

6. Humongous 对象

超过 Region 一半大小的对象会被视为 Humongous 对象。

大对象会占用一个或多个连续 Region，容易带来碎片和回收压力。

如果 GC 日志中 Humongous 对象很多，应检查：

• 大数组。
• 大字符串。
• 大缓存块。
• 一次性读取大文件。

7. G1 常用参数

常见参数：

-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
-XX:G1HeapRegionSize=16m

多数情况下不建议一开始就调太多参数。先观察 GC 日志和业务指标，再决定是否调整。

8. 阶段小结

G1 的核心是 Region、可预测停顿、并发标记和优先回收高收益区域。普通服务端应用使用现代 JDK 时，G1 通常是稳妥的默认选择。但 G1 不是万能的，停顿目标、Humongous 对象、分配速度和老年代增长都需要结合日志分析。

9. G1 Region 布局图

Heap
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ E  │ E  │ S  │ O  │ O  │ H  │ E  │ O  │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘

E = Eden Region
S = Survivor Region
O = Old Region
H = Humongous Region

这些 Region 在物理上不需要连续，G1 可以灵活调整年轻代大小，并选择部分老年代 Region 做 Mixed GC。

10. G1 并发标记流程

初始标记（STW）
   │ 标记 GC Roots 直接可达对象
   ▼
并发标记（并发）
   │ 与应用线程同时执行，扫描对象图
   ▼
最终标记（STW）
   │ 处理并发期间变化的引用
   ▼
清理（部分 STW）
   │ 统计 Region 回收价值
   ▼
Mixed GC
   │ 回收年轻代 + 部分高收益老年代 Region

G1 的停顿控制来自“每次只选择一部分 Region 回收”，而不是每次都回收整个老年代。

11. G1 常见日志信号

日志信号	可能含义
G1 Evacuation Pause	正常转移暂停
To-space exhausted	转移空间不足，风险较高
Humongous allocation	大对象分配
Concurrent Mark Cycle	并发标记周期
Full GC	G1 退化或严重内存压力

如果 G1 出现 Full GC，要重点分析是不是并发回收追不上分配速度、大对象太多、老年代碎片或参数设置不合理。

12. G1 调参原则

优先看：

• 堆是否足够。
• 分配速率是否异常。
• Humongous 对象是否过多。
• 停顿目标是否过低。
• 并发标记是否启动太晚。

常见参数不是越多越好。很多情况下只需要：

-XX:+UseG1GC
-Xms<size>
-Xmx<size>
-Xlog:gc*

MaxGCPauseMillis 是目标，不是硬保证。设置过低可能让 G1 每次回收太少，反而积压垃圾。

13. Tips 快问快答

Q：G1 为什么叫 Garbage First？

A：因为它优先回收垃圾比例高、收益大的 Region。

Q：G1 还有新生代和老年代吗？

A：有逻辑上的分代，但物理上通过 Region 承载，不再是连续区域。

Q：G1 适合所有场景吗？

A：不适合所有。极致吞吐批处理可评估 Parallel，极低延迟可评估 ZGC。

Q：G1 出现 Full GC 说明什么？

A：说明 G1 正常并发/混合回收机制可能跟不上，需要重点排查分配速率、大对象、堆大小和参数。