G1 GC 调优：SATB、并发标记、Humongous 区域
G1 是 JDK 9+ 的默认垃圾收集器，也是目前最流行的服务器端 GC 方案之一。
但 G1 的调优比 CMS 更复杂，涉及 SATB、并发标记、Humongous 区域等多个概念。今天我们深入讲解 G1 的调优方法。
一、G1 的核心概念
1.1 Region 化内存管理
G1 将堆划分为大小相等的 Region，每个 Region 大小默认 1MB-32MB（必须是 2 的幂）：
┌────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┐
│ E │ S │ O │ H │ E │ S │ O │ O │
│ (Eden)│(Survivor)│ (Old) │(Humongous)│ (Eden)│(Survivor)│ (Old) │ (Old) │
│ 1MB │ 1MB │ 1MB │ 32MB │ 1MB │ 1MB │ 1MB │ 1MB │
└────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┘1.2 G1 的工作流程
G1 的工作分为以下几个阶段：
- 年轻代回收（Young GC）：回收年轻代的 Eden 和 Survivor 区
- 并发标记周期（Concurrent Marking）：标记存活对象
- 混合回收（Mixed GC）：回收年轻代 + 部分老年代
- Full GC（必要时）：G1 无法处理时触发
二、SATB 标记（Snapshot-At-The-Beginning）
2.1 什么是 SATB？
SATB 是 G1 使用的并发标记算法，核心思想是在标记开始时创建一个「快照」，之后创建的对象被视为已死亡（不需要标记）。
2.2 SATB 的工作原理
标记开始 ────────────────────────────── 标记结束
│ │
▼ ▼
Snapshot ────────────────────────────── Current
│ │
│ 新创建的对象（SATB 视为死亡） │
│ 删除的引用（SATB 视为仍存在） │
│ │
▼ ▼
标记存活 实际存活对象2.3 SATB 的优缺点
优点：
- 标记期间不需要冻结应用线程
- 减少了重新标记的复杂度
缺点：
- 会产生浮动垃圾（被标记但实际已死亡的对象）
- 需要额外的内存记录快照
2.4 相关的 GC 参数
bash
# SATB 相关的堆废物比例
# 默认 5
# 当回收的笑脸区域中，死对象比例超过此值时，不回收
-XX:G1HeapWastePercent=5
# 启用/禁用 SATB
-XX:+UseG1GC # 默认启用 SATB三、并发标记周期
3.1 四个阶段
G1 的并发标记周期分为四个阶段：
- 初始标记（Initial Mark）：STW，标记从 GC Roots 直接可达的对象
- 根区域扫描（Root Region Scan）：扫描 Survivor 区中指向老年代的引用
- 并发标记（Concurrent Mark）：与应用并发，遍历对象图
- 重新标记（Remark）：STW，修正并发期间的变动，使用 SATB
- 清理（Cleanup）：STW，统计存活对象，更新 RSet
3.2 触发时机
bash
# 堆占用率达到此比例时，启动并发标记
# 默认 45
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=453.3 调优参数
bash
# 并发标记线程数
# 默认由 G1 自动计算
-XX:G1ConcMarkingThreads=4
# 重新标记前进行年轻代 GC
# 减少需要扫描的对象数量
-XX:+G1SummarizeRSetStatsBeforeGC
-XX:+G1SummarizeRSetStatsAfterGC四、Humongous 区域
4.1 什么是 Humongous 对象？
Humongous（巨大的）对象是超过 Region 大小 50% 的对象。这些对象会直接分配到 Humongous 区域。
bash
# 判断标准：对象大小 > RegionSize * 50%
-XX:G1HeapRegionSize=4m # Humongous 阈值 = 2MB4.2 Humongous 区域的特殊性
- 分配：Humongous 对象独占一个或多个连续的 Region
- 回收：只有 Full GC 或并发标记周期结束时才回收
- 碎片化：大量 Humongous 对象可能导致 Region 碎片
4.3 Humongous 对象的坑
坑 1：过早触发 Full GC
如果 Humongous 对象很快变成垃圾，G1 无法及时回收，可能导致频繁 Full GC。
坑 2：Region 碎片化
Humongous 对象释放后，Region 可能无法被充分利用。
4.4 调优建议
bash
# 方案 1：增大 Region 大小
# 减少 Humongous 对象的数量
-XX:G1HeapRegionSize=16m
# 方案 2：调整 Humongous 阈值
# 只有更大的对象才进入 Humongous 区域
-XX:G1HeapRegionSize=4m -XX:G1NewSizePercent=10
# 方案 3：优化代码
# 避免创建过大的对象五、G1 调优实战
5.1 停顿时间调优
bash
# 目标最大停顿时间（软目标）
-XX:MaxGCPauseMillis=200
# 停顿时间调优策略
# 1. 如果停顿时间过长：
# - 减小年轻代大小（G1NewSizePercent）
# - 减小 Mixed GC 收集的 Old Region 数量
# 2. 如果停顿时间过短但吞吐量下降：
# - 增大年轻代大小5.2 混合回收调优
bash
# 每次 Mixed GC 收集的 Old Region 数量上限
# 默认 10% 的堆
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=10
# 触发混合回收的年轻代上限
# 默认 5
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=85
# 增大以提高效率
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=205.3 完整配置示例
bash
# 通用配置
-Xms8g -Xmx8g \
-XX:+UseG1GC \
-XX:MaxGCPauseMillis=200 \
-XX:G1HeapRegionSize=8m \
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 \
-XX:G1NewSizePercent=10 \
-XX:G1MaxNewSizePercent=60 \
-XX:G1ReservePercent=15 \
-XX:G1HeapWastePercent=5 \
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=85 \
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=105.4 低延迟配置
bash
# 追求更低延迟
-Xms16g -Xmx16g \
-XX:+UseG1GC \
-XX:MaxGCPauseMillis=100 \
-XX:G1HeapRegionSize=16m \
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=40 \
-XX:G1NewSizePercent=15 \
-XX:G1MaxNewSizePercent=505.5 大内存配置
bash
# 堆内存 > 32GB
-Xms64g -Xmx64g \
-XX:+UseG1GC \
-XX:MaxGCPauseMillis=200 \
-XX:G1HeapRegionSize=32m \
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=50 \
-XX:G1ReservePercent=20六、常见问题与解决方案
6.1 停顿时间超过目标
原因：Mixed GC 收集了太多 Old Region
解决：
bash
# 减小每次 Mixed GC 收集的 Old Region 数量
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=5
# 增大年轻代，让 Young GC 更频繁
-XX:G1MaxNewSizePercent=706.2 频繁 Young GC
原因：年轻代太小
解决：
bash
# 增大年轻代比例范围
-XX:G1NewSizePercent=15
-XX:G1MaxNewSizePercent=706.3 内存使用率过高
原因：G1 的空间回收不够激进
解决：
bash
# 降低并发标记触发阈值
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=35
# 增大混合回收的比例
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=156.4 Humongous 对象过多
原因：分配了大量大对象
解决：
bash
# 增大 Region 大小
-XX:G1HeapRegionSize=16m
# 优化代码，避免创建大对象七、监控与诊断
7.1 GC 日志分析
bash
# 使用 -Xlog 分析 G1 日志
-Xlog:gc*=debug:file=gc.log:time,uptime,level,tags7.2 jstat 监控
bash
# JDK 8
jstat -gcutil <pid> 1000
# JDK 11+
jcmd <pid> GC.heap_info7.3 JDK Mission Control
使用 JDK Mission Control 分析 G1 的详细行为：
- 查看 GC 时间线
- 分析停顿时间分布
- 查看 Region 使用情况
总结
G1 调优的核心要点：
- MaxGCPauseMillis：软目标，根据实际效果调整
- Region 大小：匹配堆大小，大堆用大 Region
- InitiatingHeapOccupancyPercent：控制并发标记时机
- Humongous 对象：尽量避免大对象，或增大 Region
- Mixed GC：调整 Old Region 收集数量平衡停顿和效率
思考题
G1 使用 SATB 标记算法，相比 CMS 的增量更新算法，有什么优点和缺点？
提示：考虑并发标记期间的复杂度、内存开销、以及浮动垃圾的处理。