Java 8 默认GC是Parallel GC。设计初衷避免Full GC
一、Garbage First(G1)
适用服务器端、大内存、多CPU情景。
高效率回收(high thoughput)同时，提供软实时中断（所以不是最快，Parallel gc最快）。用户可指定时间上限，超过打断回收，恢复程序执行。
二、收集算法：标记-清理 ，拷贝-复制
https://www.jianshu.com/p/e37789a2916c另一版本
2.1适用G1案例：
需要大内存(堆6GB以上)、 小GC延迟(暂停时间0.5秒以内)
1、从CMS或者ParallelOld收集器切换到G1场景：
活动对象占50%以上Java堆空间
对象分配率或者提升率波动明显。
没有长时间垃圾收集暂停
2、G1特性：像CMS一样， 能与应用程序线程并行；整理空闲空间更快、预测gc停顿时间；不牺牲大量吞吐性能、不需更大Java Heap
3、G1目标是取代CMS，CMS相比，更出色：
1）G1有整理内存过程，不产生很多碎片。2）STW可控，添加预测机制，可指定https://mp.weixin.qq.com/s/4ufdCXCwO56WAJnzng_-ow
2.2 region：
heap分成若干大小相等region，每个占有一块连续虚拟内存，都关联Remembered set (RS)。
1、RS数据结构：hash table，数据是card table (heap中每512byte映射在card table 1byte)。RS里面存在region中live objects指针。
2、region数据变化：首先反映到card table中的一个或多个card上，RS通过扫描内部的card table得知region中内存使用情况和存活对象。
3、大对象H-objs（大于等于region一半）
1）直接分配到old gen，防止了反复拷贝移动。
2）在global concurrent marking阶段的cleanup 和 full GC阶段回收。
3）分配前检查是否超过 initiating heap occupancy percent和the marking threshold, 如超过启动global concurrent marking，提早回收，防止evacuation failures(疏散失败)和full GC。
4）减少连续H-objs分配对GC影响，把大对象变为普通的对象，建议增大Region size
4、Region大小可设定：-XX:G1HeapRegionSize，从1M到32M，且是2的指数。不设定，根据Heap大小自动决定。
2.3 关于内存分配：
G1主要关注于多CPU多线程，内存分配用 thread-local allocation buffers (TLABs)。线程都有自己buffers来分配对象，buffers不够，重新申请一块内存放自己thread-local里。对象内存分配被最小化到私有buffers里，缓解并发分配内存压力。
region满，分配内存线程会选择新region。空region在一个linked list里，快速找新
大对象(大小超过region的3/4)分配TLABs外。分配到特殊区域(只包含大对象)
2.4执行过程：
初始：STW(Stop the World )，所有mutator threads被停止，标记从GC Root开始直接可达对象，重启
并发：标记与应用程序线程并行，耗时长。
最终：标记上一阶段变化对象。需停顿，也要STW，并行很快完成。
筛选：对每区回收成本和价值排序，根据指定停顿时间，选择性收集，统计每区对象数。
三、G1与CMS不同：
1. 分代收集
CMS：只回收老年代(配合年轻代收集器)；堆分PermGen，YoungGen(分了两个survivo)，OldGen
G1中：回收老、年轻代，Fully young gc(先回收年轻代垃圾)和Mixed gc(年轻代和老年代，部分回收)； 平均分，每个区也保留了新老代，区为单位收集
2. 如何处理跨代引用
老引用年轻代影响young gc，需跨代处理。
避免收年轻代时扫描老年代，记录老对年轻代引用，young gc时只要扫描这个记录。
CMS(基本用法)：JVM将内存分成固定大小card，专门数据结构Card Table维护每个Card状态，一个字节对应一个Card(像内存page概念，page是硬件上，Card Table是软件上)。Card对象引用，对应Card Table上状态置为dirty，young gc扫描状态dirty的Card。
G1：Card Table基础上引入remembered set(RSet)。每个region维护一个RSet，记录着引用Card(其他region)。A对象在regionA，B在regionB，且B.f = A，regionA的RSet中记录B的Card地址。可对region单独回收，RSet维护老到轻、老引用，只扫描region的RSet的Card。
年轻（对象引用变化大）到老年代引用不需单独处理，性能提升很大，如都记成本高。只需在老年代维护Card Table。
3. 处理并发过程对象变化（未完成）
程序跟gc线程运行，新，旧的对象，引用关系变化。(每行表示一个内存状态，每列表示一个Card，4个)：
a）并发标记a：中状态，标记a b c e四个对象，0 1两个Card已经标好
b）并发标记同时引用变：g不指d，b不再指c，指向d，这时处理Card 2，标记到g，标记结束，导致d对象丢失
（1）CMS初始标记：标记所有从root直接可达对象
并发标记：1）从这些对象进一步搜索其他可达对象，构成存活对象图。
2）Card Table记录引用变化。但young gc时如dirty card没包含到年轻代引用，card会重新标记为clean，可能将并发标记产生dirty card错误清除。
3）因此CMS引入mod union table，一个bit对应一个Card，young gc在将Card Table设置为clean的时候会将对应的mod union table置为dirty。最终标记的时候会将Card Table或者mod union table是dirty的Card也作为root去扫描，从而解决并发标记过程产生的引用变化。CMS还需要处理并发过程从年轻代晋升到老年代的对象，处理方式是将这部分对象也作为root去扫描。
（2）G1用snapshot at the beginning(SATB)算法
GC开始时活对象快照。通过Root Tracing得到，根据三色标记算法，维持并发GC正确性
初始标记时得到一个从root直接可达的snapshot，snapshot不可达对象都可gc，1）并发产生对象都默认活，留下一次处理。2）对引用变化，将对应Card放SATB队列里，最终标记时处理(如超阈值，并发标记也处理一部分，以队列中Card作为root进行扫描)
4. Write Barrier
写时插入一条特定操作
CMS：老引用年轻，通过触发Write Barrier更新Card Table标志位。同步操作，更新引用时顺带执行，引入的消耗不大(两个指令)。
G1复杂：两个地方用Write Barrier：
1.更新RSet的rememberd set Write Barrier：发生引用更新后，称Post Write Barrier
2. 记录引用变化的Concurrent Marking Write Barrier：发生引用变化前，称Pre Write Barrier。为提高性能，两个Write Barrier先放到队列中，异步处理
5. Full GC
CMS Full GC原因：Promotion Failure和Concurrent Mode Failure，晋升老年代没足够连续空间，可能内存碎片导致；jvm觉得并发结束前堆就满，提前触发Full GC。是多线程STW的Mark-Compact过程，需避免或者降低频率。
G1：Full GC对所有region做Evacuation-Compact（避免FullGC），单线程STW，耗时。原因(类似)：1. Evacuation没有足够to-space放晋升对象；2. 完成前空间耗尽。
6.算法：
CMS标记—清理，G1复制，保证不产生多余的碎片。
7.G1停顿时间可控：
目的：减少STW时间，提高吞吐量
提供关键：
避免全域收集，有限时间内高效。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小（回收获得空间大小及回收所需时间）， 维护优先列表，价值最大Region先（Garbage-First来由）。
