面试题：Java 的 G1 垃圾回收流程是怎样的？

G1（Garbage-First）是 Java 中一种面向全堆的垃圾回收器，旨在实现低延迟和高吞吐量的垃圾回收。G1 将堆内存划分为多个大小相等的区域（Region），每个区域可以是 Eden、Survivor 或 Old 区。G1 的垃圾回收流程分为以下几个主要阶段：

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1. 年轻代垃圾回收（Young GC）

年轻代垃圾回收是 G1 中最频繁的垃圾回收操作，主要回收 Eden 区和 Survivor 区中的对象。

流程：

1. 初始标记（Initial Mark）：
   • 这是一个 STW（Stop-The-World）阶段，标记从 GC Roots 直接可达的对象。
   • 初始标记阶段通常会与年轻代垃圾回收一起执行，以减少额外的停顿时间。
2. 根区域扫描（Root Region Scanning）：
   • 扫描 Survivor 区中直接引用老年代对象的区域。
   • 这一阶段是并发的，不会暂停应用线程。
3. 并发标记（Concurrent Marking）：
   • 并发标记阶段会遍历整个堆，标记所有存活对象。
   • 这一阶段是并发的，应用线程可以继续运行。
4. 最终标记（Final Marking）：
   • 这是一个 STW 阶段，处理在并发标记期间遗漏的对象。
   • G1 使用 SATB（Snapshot-At-The-Beginning）算法，确保所有存活对象都被正确标记。
5. 清理（Cleanup）：
   • 清理阶段会统计每个区域的存活对象，并选择回收价值最高的区域进行回收。
   • 这一阶段是部分并发的，可能会产生浮动垃圾（Floating Garbage）。

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2. 混合垃圾回收（Mixed GC）

混合垃圾回收是 G1 中用于回收老年代区域的垃圾回收操作。它会在年轻代垃圾回收之后执行，回收一部分老年代区域。

流程：

1. 初始标记（Initial Mark）：
   • 与年轻代垃圾回收的初始标记阶段相同，标记从 GC Roots 直接可达的对象。
2. 并发标记（Concurrent Marking）：
   • 并发标记阶段会遍历整个堆，标记所有存活对象。
3. 最终标记（Final Marking）：
   • 处理在并发标记期间遗漏的对象，确保所有存活对象都被正确标记。
4. 清理（Cleanup）：
   • 统计每个区域的存活对象，并选择回收价值最高的区域进行回收。
5. 复制/清除（Evacuation）：
   • 将存活对象从被回收的区域复制到新的区域，并清空被回收的区域。

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3. 全堆垃圾回收（Full GC）

全堆垃圾回收是 G1 中的一种备用机制，当 G1 无法在预期时间内完成垃圾回收时，会触发 Full GC。Full GC 是单线程的，会导致较长的停顿时间。

流程：

1. 标记（Marking）：
   • 标记所有存活对象。
2. 清除（Sweeping）：
   • 清除所有未被标记的对象。
3. 压缩（Compaction）：
   • 压缩堆内存，减少内存碎片。

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G1 垃圾回收流程的总结

阶段	年轻代垃圾回收（Young GC）	混合垃圾回收（Mixed GC）	全堆垃圾回收（Full GC）
初始标记	STW，标记 GC Roots 直接可达的对象	STW，标记 GC Roots 直接可达的对象	STW，标记所有存活对象
根区域扫描	扫描 Survivor 区中引用老年代对象的区域	无	无
并发标记	并发标记所有存活对象	并发标记所有存活对象	无
最终标记	STW，处理遗漏对象	STW，处理遗漏对象	无
清理	统计存活对象，选择回收区域	统计存活对象，选择回收区域	无
复制/清除	将存活对象复制到新区域	将存活对象复制到新区域	清除未标记对象，压缩堆内存

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G1 垃圾回收的特点

1. 低延迟：通过并发标记和部分并发清理，减少 STW 时间。
2. 高吞吐量：通过分区域回收，提高垃圾回收的效率。
3. 可预测的停顿时间：通过设置最大停顿时间目标（-XX:MaxGCPauseMillis ），控制垃圾回收的停顿时间。

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总结

G1 垃圾回收器的流程包括年轻代垃圾回收、混合垃圾回收和全堆垃圾回收。通过并发标记、SATB 算法和分区域回收，G1 能够在低延迟和高吞吐量之间取得平衡，适用于大内存和多核处理器的应用场景。