115 lines
12 KiB
Markdown
115 lines
12 KiB
Markdown
---
|
||
aliases:
|
||
- G1
|
||
tags:
|
||
- зрелость/🌱
|
||
date: "[[2023-11-06]]"
|
||
zero-link:
|
||
- "[[00 Java разработка]]"
|
||
parents:
|
||
- "[[Garbage Collector]]"
|
||
linked:
|
||
---
|
||
Можно сказать, что этот сборщик пришел на замену [CMS](Concurrent%20Mark%20Sweep.md) в [Java 9](Java%209.md). Также, как и остальные сборщики использует подход [Generational Collection](Generational%20Collection.md), однако Heap разделяется не на большие части Young, Old, а на небольшие равные регионы.
|
||
|
||
Размер регионов по умолчанию 1 mb, но можно указать произвольное значение до 32 mb. Общее количество регионов в куче равно размеру кучи, деленному на размер региона. При настройке G1 рекомендуется ориентироваться на 2048 регионов, чтобы G1 работал эффективно.
|
||
|
||
И уже каждый сегмент может быть помечен как:
|
||
- eden - новые объекты, тут происходит [аллокация](Аллокация.md).
|
||
- survivor - объекты пережившие несколько сборок
|
||
- old - долгоживущие объекты
|
||
|
||
|
||
|
||
При этом у нас нет фиксированного размера под поколение. Каждый регион может отвечать за хранение молодых или старых объектов в разные моменты времени, что обеспечивает большую гибкость.
|
||
|
||
> [!INFO] Большой объект (humongous)
|
||
> Если объект занимает 2 и более сегмента, то он не перемещается за исключением Full GC. И в тот же сегмент не добавляются другие объекты, даже если у вас хватает места в регионе.
|
||
>
|
||
> 
|
||
>
|
||
> В [[Java 11]] были внесены изменения в обработку больших объектов.
|
||
## Minor Collection
|
||
Minor сборка обычно происходит, когда eden заполняется. Над [minor](Garbage%20Collector.md#^minor) сборками мусора работают несколько потоков. Но очистка выполняется не на всем поколении, а только на регионах молодого поколения. За счет этого количество [StopTheWorld](StopTheWorld.md) становится больше, но сборка выполняется быстрее и не превышает желаемое время.
|
||
## Mixed Collection
|
||
Mixed сборка обрабатывает как молодое поколение, так и часть старого поколения. Эта запускается после определенного количества minor сборок.
|
||
|
||
В G1 существует процесс, называемый Marking Cycle, который работает параллельно с основным приложением и составляет список живых объектов. Он напоминает работу сборщика [CMS](Concurrent%20Mark%20Sweep.md).
|
||
|
||
- **Initial mark.** Пометка [GC Root](Garbage%20Collector.md#^gcroot) с использованием информации от [minor](Garbage%20Collector.md#^minor) сборок.
|
||
- В [Java 10](Java%2010.md) были внедрены улучшения. Параллельная пометка и улучшенное использование ресурсов процессора.
|
||
- **Concurrent marking.** Пометка всех живых объектов в heap. Работает в нескольких потоках.
|
||
- **Remark.** Дополнительный поиск не учтенных ранее живых объектов. Используется [StopTheWorld](StopTheWorld.md)
|
||
- **Cleanup.** Очистка вспомогательных структур учета ссылок на объект и поиск пустых регионов, которые уже можно использовать для размещения новых объектов. Первая часть этого шага выполняется с использованием [StopTheWorld](StopTheWorld.md).
|
||
|
||
Следует иметь в виду, что для получения списка живых объектов G1 использует алгоритм [Snapshot at the beginning (SATB)](Snapshot%20at%20the%20beginning%20(SATB).md), то есть в список живых попадают все объекты, которые были таковыми на момент начала работы алгоритма, плюс все объекты, созданные за время его выполнения. Это, в частности, означает, что G1 допускает наличие плавающего мусора.
|
||
|
||
После окончания цикла пометки G1 переключается на выполнение **смешанных сборок**. Это значит, что при каждой сборке к набору регионов младшего поколения, подлежащих очистке, добавляется некоторое количество регионов старшего поколения. Количество таких сборок и количество очищаемых регионов старшего поколения выбирается исходя из имеющейся у сборщика статистики о предыдущих сборках таким образом, чтобы не выходить за требуемое время сборки. Как только сборщик очистил достаточно памяти, он переключается обратно в режим minor сборок.
|
||
|
||
Очередной цикл пометки и, как следствие, очередные смешанные сборки будут запущены тогда, когда наполненность кучи превысит определенный порог.
|
||
|
||
## Full GC
|
||
Может оказаться так, что в процессе очистки памяти в куче не остается свободных регионов, в которые можно было бы копировать выжившие объекты. Это приводит к возникновению ситуации allocation (evacuation) failure. В таком случае сборщик выполняет полную сборку мусора по всей куче при остановленных основных потоках приложения.
|
||
|
||
С [[Java 9]] была реализована параллельная сборка мусора в этом режиме.
|
||
|
||
Опираясь на уже упомянутую статистику о предыдущих сборках, G1 может менять количество регионов, закрепленных за определенным поколением, для оптимизации будущих сборок.
|
||
## Дефрагментация
|
||
G1 копирует объекты из одной или нескольких областей кучи в одну область кучи, при этом одновременно сжимая и освобождая память. То есть используется подход [Copy Collector](Copy%20Collector.md). Этот процесс выполняется параллельно, чтобы уменьшить время пауз и увеличить пропускную способность.
|
||
|
||
Таким образом, при каждой сборке мусора G1 постоянно работает над уменьшением фрагментации, работая в пределах заданного пользователем времени паузы. Сборщик мусора CMS не выполняет дефрагментацию. Сборка мусора Parallel GC выполняет только сжатие всей кучи, что приводит к значительному времени паузы.
|
||
## Remembered Set
|
||
|
||
- Хранит информацию о местонахождении ссылок на объекты из региона
|
||
- Из старого в молодое поколение
|
||
- Между регионами в старом поколении
|
||
- Позволяет собирать регионы независимо
|
||
## Ситуации [StopTheWorld](StopTheWorld.md)
|
||
Если резюмировать, то у G1 мы получаем STW в следующих случаях:
|
||
1. Процессы переноса объектов между поколениями. Для минимизации таких пауз G1 использует несколько потоков, то есть [Parallel Collection](Parallel%20Collection.md)
|
||
2. Короткая фаза начальной пометки корней в рамках цикла пометки.
|
||
3. Более длинная пауза в конце фазы remark и в начале фазы cleanup цикла пометки.
|
||
|
||
## Работа с [барьерами](Барьеры%20в%20программировании.md)
|
||
Для работы G1 нужны барьеры 2 типов. Используются они для поддержания согласованности heap в момент сборки мусора.
|
||
- Pre-barrier
|
||
- Работает только, когда идет фоновая сборка мусора.
|
||
- Сохраняет старое значение поля
|
||
- Поддерживается корректность фоновой маркировки
|
||
- [SATB](Garbage%20Collector.md#^satb)
|
||
- Post-barrier
|
||
- Поддержка актуальности Remembered Set
|
||
- Не срабатывают, когда мы модифицируем указатель из молодого объекта в молодой
|
||
|
||
Результат сохраняется в буферы, локальные для потока. В процессе фоновой сборки происходит обработка.
|
||
## Выводы
|
||
**Минусы:**
|
||
- Очень плохо работает с объектами, которые занимают в памяти больше 1 mb.
|
||
- Не является сборщиком мусора в реальном времени. Имеются [StopTheWorld](StopTheWorld.md).
|
||
- Потребляет много ресурсов CPU, до 10% от всего потребления приложением.
|
||
|
||
**Плюсы:**
|
||
- Фоновый и параллельный.
|
||
- Ожидаемое, но не гарантированное, время пауз [StopTheWorld](StopTheWorld.md).
|
||
- Слабо подвержен фрагментации.
|
||
|
||
**Когда использовать:**
|
||
- Нужна хорошая производительность
|
||
- Изначально позиционировался для приложений, размер heap которых больше 4-5 Gb
|
||
- Продолжительность пауз 0,5-1 s
|
||
- Минимальная настройка
|
||
- Занятость кучи больше 50%
|
||
- Скорость создания объектов серьезно варьируется
|
||
|
||
**Когда не использовать:**
|
||
- Жесткие требования на паузы меньше 100 мс
|
||
- Требуется максимально возможный throughput даже в ущерб latency
|
||
|
||
**Как включить:**
|
||
- `-XX:+UseG1GC` - включение сборщика
|
||
- `-XX:MaxGCPauseMillis=` максимальная пауза для сборки мусора
|
||
- `-XX:GCPauseIntervalMills=` интервал между паузами
|
||
## Дополнительный материал
|
||
- [Getting Started with the G1 Garbage Collector](https://www.oracle.com/technetwork/tutorials/tutorials-1876574.html)
|
||
- Документация Oracle.
|
||
- [Владимир Иванов — G1 Garbage Collector - YouTube](https://www.youtube.com/watch?v=iGRfyhE02lA) |