你必须明白的新生代垃圾回收：YoungGC

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Young GC

前文提到，Young GC（以下简称YGC）是指新生代垃圾回收，下面将详细讨论G1的YGC过程。

选择CSet

YGC的回收过程位于 G1CollectedHeap::do_collection_pause_at_safepoint()，在进行垃圾回收前它会创建一个清理集CSet（Collection Set），存放需要被清理的Region。选择合适的Region放入CSet是为了让G1达到用户期望的合理的停顿时间。CSet的创建过程如代码清单11-2所示：

代码清单11-2 选择Region放入CSet

void G1Policy::finalize_collection_set(...) {
// 先选择新生代Region，用户期望的最大停顿时间是target_pause_time_ms
// G1计算出清理新生代Region的可能用时后，会将剩下的时间（time_remaining_ms）给老年代
double time_remaining_ms =
_collection_set->finalize_young_part(...);
_collection_set->finalize_old_part(time_remaining_ms);
}

G1的YGC只负责清理新生代Region，因此finalize_old_part()不会选择任何Region，所以只需要关注finalize_young_part()。finalize_young_part会在将所有Eden和Survivor Region加入CSet后准备垃圾回收。

G1在evacuate_collect_set()中创建G1ParTask，然后阻塞，直到G1ParTask执行完成，这意味着整个YGC期间应用程序是STW的。类似Parallel GC的YGC，G1ParTask的执行由线程组GangWorker完成，以尽量减少STW时间。不难看出，YGC的实际工作位于G1ParTask，它主要分为三个阶段：

1）清理根集（ G1RootProcessor::evacuate_roots）；

2）处理RSet（ G1RemSet::oops_into_collection_set_do）；

3）对象复制（ G1ParEvacuateFollowersClosure::do_void）。

第一阶段是清理根集。第10章提到HotSpot VM很多地方都属于GCRoot，G1ParTask的evacuate_roots()会从这些GC Root出发寻找存活对象。以线程栈为例，G1会扫描虚拟机所有JavaThread和VMThread的线程栈中的每一个栈帧，找到其中的对象引用，并对它们应用G1ParCopyClosure，如代码清单11-3所示：

代码清单11-3 G1ParCopyClosure

void G1ParCopyClosure<barrier, do_mark_object>::do_oop_work(T* p) {
...
oop obj = CompressedOops::decode_not_null(heap_oop);const InCSetState state = _g1h->in_cset_state(obj);
// 如果对象属于CSet
if (state.is_in_cset()) {
oop forwardee;
markOop m = obj->mark_raw();
if (m->is_marked()) { // 如果已经复制过则直接返回复制后的新地址
forwardee = (oop) m->decode_pointer();
} else { // 将它复制到Survivor Region，返回新地址
forwardee = _par_scan_state->copy_to_survivor_space(...);
}
// 修改根集中指向该对象的引用，指向Survivor中复制后的对象
RawAccess<IS_NOT_NULL>::oop_store(p, forwardee);
...
} else {
...
}
}

清理根集的核心代码是copy_to_survivor_space，它将Eden Region中年龄小于15的对象移动到Survivor Region，年龄大于等于15的对象移动到Old Region。之前根集中的引用指向Eden Region对象，对这些引用应用G1ParCopyClosure之后，Eden Region的对象会被复制到SurvivorRegion，所以根集的引用也需要相应改变指向，如图11-3所示。

图11-3 清理根集

copy_to_survivor_space在移动对象后还会用G1ScanEvacuatedObjClosure处理对象的成员，如果成员也属于CSet，则将它们放入一个G1ParScanThreadState队列，等待第三阶段将它们复制到Survivor Region。总结来说，第一阶段会将根集直接可达的对象复制到Survivor Region，并将这些对象的成员放入队列，然后更新根集指向。

处理RSet

第一阶段标记了从GC Root到Eden Region的对象，对于从OldRegion到Eden Region的对象，则需要借助RSet，这一步由G1ParTask的 G1RemSet::oops_into_collection_set_do完成，它包括更新RSet（update_rem_set）和扫描RSet（scan_rem_set）两个过程。

scan_rem_set遍历CSet中的所有Region，找到引用者并将其作为起点开始标记存活对象。

经过前面的步骤后，YGC发现的所有存活对象都会位于G1ParScanThreadState队列。对象复制负责将队列中的所有存活对象复制到Survivor Region或者晋升到Old Region，如代码清单11-4所示：

代码清单11-4 对象复制

template <class T> void G1ParScanThreadState::do_oop_evac(T* p) {
// 只复制位于CSet的存活对象
oop obj = RawAccess<IS_NOT_NULL>::oop_load(p);
const InCSetState in_cset_state = _g1h->in_cset_state(obj);
if (!in_cset_state.is_in_cset()) {
return;
}
// 将对象复制到Survivor Region（或晋升到Old Region）
markOop m = obj->mark_raw();
if (m->is_marked()) {
obj = (oop) m->decode_pointer();
} else {
obj = copy_to_survivor_space(in_cset_state, obj, m);
}
RawAccess<IS_NOT_NULL>::oop_store(p, obj);
// 如果复制后的Region和复制前的Region相同，直接返回
if (HeapRegion::is_in_same_region(p, obj)) {
return;}
// 如果复制前Region是老年代，现在复制到Survivor/Old Region，
// 则会产生跨代引用，需要更新RSet
HeapRegion* from = _g1h->heap_region_containing(p);
if (!from->is_young()) {
enqueue_card_if_tracked(p, obj);
}
}

对象复制是YGC的最后一步，在这之后新生代所有存活对象都被移动到Survivor Region或者晋升到Old Region，之前的Eden空间可以被回收（Reclaim）。另外，YGC复制算法相当于做了一次堆碎片的清理工作，如整理Eden Region可能存在的碎片。