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南通，简称“通”，别称静海、崇州、崇川、紫琅，古称通州，江苏省地级市，长江三角洲中心区27城之一 [1]  ，国务院批复确定的中国长三角北翼经济中心、现代化港口城市 [2]  。地处中国华东地区、江苏东南部，东抵黄海、南濒长江 [5]  ，是扬子江城市群的重要组成部分、上海大都市圈北翼门户城市、中国首批对外开放的14个沿海城市之一 [6]  ，集“黄金海岸”与“黄金水道”优势于一身，拥有长江岸线226千米，“据江海之会、扼南北之喉 [7]  ”，被誉为“北上海”。截至2020年12月，南通市辖3个区、1个县、代管3个县级市，总面积8001平方千米。 [4]  2020年，南通市实现地区生产总值10036.3亿元。 [243] 

南通是国家历史文化名城，自后周显德三年（956年）建城至今已有一千多年历史。在中国近代文化科教史上，南通创办第一所师范学校、第一座民间博物苑、第一所纺织学校、第一所刺绣学校、第一所戏剧学校、第一所中国人办的盲哑学校和第一所气象站等“七个第一”，被称为“中国近代第一城”。 [8] 

南通是“精神文明南通现象”的发源地 [9-10]  ，是中国、江苏省重大精神文明先进典型最多的地区之一 [9]  ，连续五次被评为全国文明城市 [242]  ，并先后入选国家智慧城市试点 [11]  、宽带中国示范城市 [12]  。

截至2014年，南通人口平均预期寿命达80.71岁，百岁寿星多达1031位。 [13]  2014年5月，南通被国际自然医学会、世界长寿乡认证委员会授予全球首个“世界长寿之都”。 [14-15]  2018年10月，获评首届健康中国年度标志城市。 [16]  2018年中国百强城市排行榜中，位列22位。 [17]

2出自参考文献 [3] 中的“1.INTRODUCTION”。

这类应用程序当前主要是采用增量 GC 或者并发 GC 来缩短最大暂停时间的。但是，缩短最大暂停时间很容易导致吞吐量 3 下降。还有，因为无法预测暂停时间，GC 可能会有 mutator 长时间停止的风险。

3吞吐量：单位时间内回收垃圾的量。如果 GC 的吞吐量下降，总的暂停时间就会变长。

于是 G1GC 诞生了，其目的就是高效地实现软实时性。Java 先前的 GC 算法都在一味地尝试缩短最大暂停时间，而 G1GC 则是让用户去设置期望暂停时间。用户按照自己的需求设置合适的 GC 暂停时间，在确保吞吐量比以往的 GC 更好的前提下，实现了软实时性。

另外，追求软实时性的服务端应用程序，大都运行在拥有巨大的堆 4 和多处理器的服务器设备之上。因此，内部的 GC 算法必须能够在短时间内以高吞吐量来处理巨大的堆，而且还要高效地发挥多处理器的优势。G1GC 的设计就很符合这些要求，它能够最大程度地利用服务器上多处理器的优势，而且在处理巨大的堆时，也不会降低 GC 的性能。

4堆：程序运行时用于创建对象的内存区域。

1.2　堆结构

G1GC 中的堆结构和列车 GC5 中的堆结构非常相似。

5详情可参考“GC 书”算法篇中的 7.7 节。

堆的内部被划分为大小相等的区域，所有区域排列成一排。G1GC 以区域为单位进行 GC。用户可以随意设置区域大小，但是内部会将用户设置的值向上调整为 2 的指数幂（），并以该正数作为区域的大小（图 1.1）。

图 1.1　堆结构

如果正在分配对象的某个区域已经满了，GC 线程会寻找下一个空闲的区域来继续分配。空闲区域是通过链表进行管理的，因此查找的时间复杂度是固定的 。

1.3　执行过程

下面我们简要地介绍一下 G1GC 的执行过程。G1GC 主要有下面两个功能。

① 并发标记（concurrent marking）

② 转移（evacuation）

①并发标记基本能和 mutator 并发执行，会针对区域内所有的存活对象 6 进行标记。

6存活对象：活着的对象，即有可能被程序使用的对象。

②转移负责释放堆中死亡对象所占的内存空间。

首先，从众多区域中选择一个进行 GC 操作。如果该区域中有存活对象，则将其复制到其他空闲区域中（图 1.2）。

图 1.2　堆的状态

白色区域是空闲区域，灰色区域是使用中的区域。左图表示的是在选中区域后开始将存活对象复制到空闲区域的操作；右图表示的是转移后堆的状态。为了方便展示，图中的区域以二维的方式排列，但是在内存中其实是如图 1.1 所示排列成一排的。

当选择的空闲区域也满了的时候，GC 线程会再次选择其他空闲区域来存放存活对象。对象复制完成之后，只剩下死亡对象 7 的区域会被重置为空闲区域以便复用。

7死亡对象：已死亡的对象，即不可能再被程序使用的对象。

转移其实也起到了压缩 8 的作用，因此 G1GC 中的区域不会发生碎片化 9。

8压缩：将存活对象挤到内存中同一侧的操作。因为压缩之后对象之间没有空隙，所以区域不会有碎片化的问题。

9碎片化：对象零散地存在于堆中的现象。

1.4　并发标记和转移

正如上一节中提到的那样，G1GC 的主要功能是并发标记和转移。其中并发标记由并发标记线程来执行。

并发标记的作用是在尽量不暂停 mutator 的情况下标记出存活对象。而且，还需要在并发标记结束之后记录下每个区域内存活对象的数量。这个信息在转移时会用到。

转移的作用是将待回收区域内的存活对象复制到其他的空闲区域，然后将待回收区域重置为空闲状态。这很像复制 GC 算法，只不过是以区域为单位进行的。

需要注意的是，并发标记和转移在处理上是相互独立的。并发标记的结果信息对于转移来说并不是必须的。因此，转移处理可能发生在并发标记开始之前，也可能发生在并发标记的过程中。

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