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Garbage First（G1）垃圾回收器是Java虚拟机中的一种并发垃圾回收算法，由Sun公司开发并在Java 7及以后版本中引入。与传统的标记-清除和复制算法不同，G1采用了一种基于价值的垃圾回收机制，旨在最小化垃圾回收的停顿时间。
G1的核心思想是将整个堆内存划分为多个大小相等的Region，每个Region的大小在1MB到32MB之间，且总共有约2048个Region。这些Region可以动态地分配为Eden空间、Survivor空间或老年代空间。此外，还有一种特殊的Region称为Humongous，用于存储大对象（Humongous对象）。
G1的垃圾回收过程分为四大阶段：
初始标记（Initial Marking）
这是G1的一个停顿阶段，用于标记GC Roots能直接关联的对象，并修改TAMS（Next Top at Mark Start）值，以便下一阶段用户程序在正确的Region中分配新对象。并发标记（Concurrent Marking）
这是G1的核心阶段，同时与用户程序运行，标记堆内存中的存活对象。G1在此阶段使用两个Bitmap来记录标记状态：previous Bitmap和next Bitmap。 previous Bitmap记录的是上一轮并发标记后的标记状态。next Bitmap记录的是当前并发标记的结果。 并发标记过程中，GC线程标记存活对象，而用户线程继续分配新对象，这些新对象会隐式地存活。最终标记（Final Marking）
在并发标记完成后，G1需要对用户线程进行短暂的暂停，处理并发阶段遗留的SATB（Selective Address Trace Buffer）记录。这些记录反映了在并发标记期间用户线程对对象引用的修改。清理阶段（Cleanup）
清理阶段负责更新Region的统计数据，并根据回收价值和成本对Region进行排序。G1会选择回收价值高且成本低的Region，并将存活对象复制到空的Region中，同时清理旧Region的空间。这个阶段需要暂停用户线程，由多个收集器线程并行执行。G1的设计目标是最小化垃圾回收的停顿时间。为了实现这一目标，G1采用了以下优化策略：
分 Region 回收
G1将堆内存划分为多个Region，独立地进行回收操作，避免对整体性能造成过大影响。并发执行
G1的并发标记阶段与用户程序并行执行，减少了停顿时间。动态分配
G1支持动态分配Region为不同用途的空间，能够根据应用的需求灵活调整。相比传统的垃圾回收算法，G1具有以下优势：
减少停顿时间
G1通过并发执行和Region独立回收，显著减少了垃圾回收的停顿时间。更好地处理大对象
Humongous Region专门用于存储大对象，避免了大对象回收时的性能问题。灵活性高
G1支持动态分配和回收Region，适合不同应用的需求。然而，G1也有一些挑战：
Region划分和管理
Region的数量和大小需要合理配置，否则可能导致内存管理效率低下。并发标记的复杂性
G1的并发标记机制较为复杂，需要精确管理Bitmap和TAMS，避免数据丢失或错误。回收策略的优化
G1需要动态调整回收策略，以平衡回收时间和内存使用效率。总之，G1垃圾回收器通过创新的Region划分和并发执行策略，为Java应用的内存管理提供了一种高效的解决方案。
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