傳統分代 GC 的瓶頸
- **Full GC 停頓不可控**：大堆（>4GB）下停頓可達秒級，違背實時性要求（百毫秒級）。
- **並發收集器 (CMS) 缺陷**：整堆掃描、碎片整理困難、浮動垃圾佔 20% 預留空間、易發生
Concurrent Mode Failure 退化為串行 Full GC。
增量收集演進 → G1 (Garbage First)
核心思想：**將堆劃分為大小固定的 Region（默認 1-32MB，共 2048 個）**，按 Region 為單位回收，優先回收**垃圾密度最高**的 Region → **Garbage First**。
G1 設計目標
- 支持**超大堆**（十幾 GB 到百 GB）。
- **高吞吐**：多 CPU 並行/並發收集。
- **準實時**：可配置「N 毫秒內 GC 佔用 ≤ M 毫秒」。
- 代價：輕微吞吐損失換取停頓可控。
堆佈局與 Region 分類
[Eden Region] [Eden Region] [Survivor Region] [Old Region] [Old Region] ...
↑ 年輕代 ↑ ↑ 老年代 ↑
- **不再物理連續劃分**新生代/老年代，Region 動態分配角色。
- **Humongous Region**：專存超大對象（>50% Region 大小），直接歸老年代管理。
四階段回收流程
| 階段 | 動作 | 停頓 | 關鍵點 |
|------|------|------|--------|
| **1. 初始標記** | 掃描 GC Root → 標記直接可達對象，記錄 TAMS (Top at Mark Start) | **STW** | 極快，借用 Young GC 同步執行 |
| **2. 並發標記** | 從 Root 遍歷對象圖，識別存活對象；應用線程並發修改記入 **RSet (Remembered Set)** | 並發 | RSet 記錄跨 Region 引用，避免全堆掃描 |
| **3. 最終標記** | 處理 RSet 中剩餘修改，完成標記 | **STW** | 並行多線程處理，通常較短 |
| **4. 篩選回收** | **按存活對象大小排序 Region**，優先回收垃圾最多 Region；復制存活對象到新 Region，更新引用 | **STW** | 根據「目標停頓時間」決定回收多少 Region |
關鍵創新點
- Region 級別回收：不必全堆掃描，停頓時間可預估、可控。
- RSet (Remembered Set)：每個 Region 維護「誰引用我」，跨 Region 引用增量更新，掃描只需看 RSet，不掃全堆。
- 混合收集：Young GC 同時回收部分 Old Region，避免老年代積壓觸發 Full GC。
- 雙向複製清理碎片：回收時將存活對象復制到新 Region，**天然整理碎片**，無需額外壓縮階段。
關鍵參數
-XX:+UseG1GC：啟用 G1（JDK 9+ 默認）。-XX:MaxGCPauseMillis=200：目標最大停頓（默認 200ms）。-XX:G1HeapRegionSize=16m：Region 大小（1-32MB，2 的冪）。-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45：老年代佔比達 45% 觸發並發標記。
展望
JDK 12+ 引入 **ZGC**、JDK 11+ **Shenandoah**，目標**亞毫秒級停頓**，不再依賴分代假設。未來調優將更聚焦於**業務延遲分位點**而非 GC 參數微調。
