2.3.1　G1GCの仕組み

(a)　実行契機

1. YoungGC(normal)

   Eden領域にオブジェクトを確保できなかった場合に発生します。また，サイズの大きなオブジェクトをHumongous領域に確保できなかった場合にも発生します。

2. YoungGC(initial-mark)

   直前に実行されたYoungGC(normal)終了時に，Tenured領域の使用サイズがJavaヒープ領域の45%を超えていた場合，1.の実行契機を満たすとYoungGC(initial-mark)が実行されます。また，サイズの大きなオブジェクトを確保時，Tenured領域の使用サイズとオブジェクトの確保サイズの合計サイズがJavaヒープ領域の45%を超えた場合，YoungGC(initial-mark)が実行されます。

(b)　対象範囲

New領域

(c)　処理内容

• YoungGCが発生するとシングルスレッドでリージョンの選択処理をし，そのあとマルチスレッドでEvacuationをします。

• YoungGCのEvacuationではEden領域とFrom空間内の使用中オブジェクトをTo空間またはTenured領域に移動し，Eden領域とFrom空間を回収します。移動や回収の仕組みはCopyGCの仕組みと同じです。CopyGCの詳細については，「2.2.1(3)　CopyGCの仕組み」を参照してください。

• YoungGCでは，これまでに発生したGCのGC停止時間の統計から予測をし，次回のGCの予測停止時間が目標停止時間内に収まるようにNew領域のサイズを変更します。

• New領域は最小サイズと最大サイズが存在し，その範囲内でリサイズをします。New領域は全GCで対象となるため，GC停止時間はNew領域が最小サイズの場合に掛かるGC停止時間より短くすることはできません。

• CMが終了後のYoungGCでは，予測回収サイズがJavaヒープ領域の10%を超えていた場合，次回のGCをMixedGCにするか判定します。次回のGCにMixedGCが選択された場合，Tenuredリージョンを多く対象とするように予測してNew領域のサイズを変更します。

• YoungGC(initial-mark)のEvacuationではEvacuation中にローカル変数や使用中のオブジェクトから直接参照されているオブジェクトにマーク付けをします。このマーキングの結果は，Concurrent Markingに利用されます。Concurrent Markingの処理の詳細については，「(9)　Concurrent Marking（CM）」を参照してください。

(d)　処理結果

Eden領域：オブジェクトが回収され，空になります。GC後リサイズされます。

Survivor領域：From空間のオブジェクトが回収され，空になります。GC後リサイズされます。

Tenured領域：長期間必要と判断されたオブジェクトがTenured領域に移動します。

Humongous領域：変化はありません。

Metaspace領域：変化はありません。

Free領域：GC後のリサイズによって，増減します。

(e)　アプリケーションの停止の有無

停止します。

(f)　ほかのGCとの関係

CM：YoungGC中に実行されません。

MixedGC：YoungGC中に実行されません。

FullGC：YoungGC中に実行要件を満たすと，YoungGCを中止して実行されます。

(g)　補足

• 関連オプション

  Evacuationをするスレッド数は-XX:ParallelGCThreadsオプションで変更できます。スレッド数を増やすとYoungGCに掛かる時間が小さくなります。また，オプションを指定しない場合，スレッド数は-XX:ParallelGCThreadsオプションのデフォルト値が用いられます。-XX:ParallelGCThreadsオプションについては，「5.4　日立JavaVMで指定できるJava HotSpot VMのオプション」の「表5-9　指定できるJava HotSpot VMのオプション」にある「-XX:ParallelGCThreads」を参照してください。

• 確認方法

  YoungGCの確認はログ上のGCの種別が“YoungGC”または“YoungGC(initial-mark)”であることから確認できます。また，New領域のリサイズはEden領域のサイズ変化とSurvivor領域のサイズ変化から確認できます。

  [VG1]<Wed Jun 12 11:21:10 2013>[Young GC 899070K/899072K(1048576K)->501755K/501760K(1048576K), 0.0931560 secs][Status:-][G1GC::Eden: 389120K(389120K)->0K(397312K)][G1GC::Survivor: 41984K->41984K][G1GC::Tenured: 459776K->459776K][G1GC::Humongous: 2048K->2048K][G1GC::Free: 609536K->607232K][Metaspace: 3634K(4492K, 4492K)->3634K(4492K, 4492K)][class space: 356K(388K, 388K)->356K(388K, 388K)][cause:G1EvacuationPause][RegionSize: 1024K][Target: 0.2000000 secs][Predicted: 0.2495800 secs][TargetTenured: 0K][Reclaimable: 0K(0.00%)][User: 0.0156250 secs][Sys: 0.0312500 secs][IM: 729K, 928K, 0K][TC: 509][DOE: 16K, 171][CCI: 2301K, 49152K, 2304K]

  このログの場合GC前のNew領域のサイズは389120K＋41984K＝431104Kであり，GC後のNew領域のサイズは397312K＋41984K＝439296Kであるため，New領域が拡張されたことが分かります。ログの記述内容や詳細に関しては，「-XX:[+|-]HitachiVerboseGC（拡張verbosegc情報出力オプション）」を参照してください。

(a)　実行契機

CMは大きく次の5つの処理から構成されます。それぞれの実行契機について示します。なお，1.〜5.の表記はこの図の1.〜5.に対応しています。

1. Concurrent Root Region Scan：

   YoungGC(initial-mark)終了後，実行されます。

2. Concurrent Mark：

   1.の終了後，1.に続けて実行されます。

3. Remark：

   2.の終了後，アプリケーションを停止できるタイミングで実行されます。

4. Cleanup：

   3.の終了後，アプリケーションを停止できるタイミングで実行されます。

5. Concurrent Cleanup：

   4.の終了後，4.に続けて実行されます。

(b)　対象範囲

New領域，Tenured領域およびHumongous領域

(c)　処理内容

CMは大きく次の5つの処理から構成されます。それぞれの処理の詳細を示します。

1. Concurrent Root Region Scan：

   ローカル変数や使用中のオブジェクトから直接参照されているSurvivor領域内のオブジェクトにマークを付ける処理です。マルチスレッドで実行されます。

2. Concurrent Mark：

   YoungGC(initial-mark)のマーキングと1.のマーキングでマークを付けたオブジェクトが参照しているオブジェクトにマークを付ける処理です。マルチスレッドで実行されます。

3. Remark：

   2.のマーキング中に参照関係が変化したオブジェクトのマークを付け直す処理です。マルチスレッドで実行されます。

4. Cleanup：

   リージョンごとに使用中オブジェクトの合計サイズを求める処理です。また，次のCMに備え，マークの初期化もします。マルチスレッドで実行されます。

5. Concurrent Cleanup：

   使用中のオブジェクトが1つも存在しないリージョンを回収する処理です。シングルスレッドで実行されます。

(d)　処理結果

Eden領域：

使用中のオブジェクトに対応した領域にマークが付きます。

5.の処理でEdenリージョンが回収された場合，領域サイズが減少します。

Survivor領域：

使用中のオブジェクトに対応した領域にマークが付きます。

5.の処理でSurvivorリージョンが回収された場合，領域サイズが減少します。

Tenured領域：

使用中のオブジェクトに対応した領域にマークが付きます。

5.の処理でTenuredリージョンが回収された場合，領域サイズが減少します。

Humongous領域：

使用中のオブジェクトに対応した領域にマークが付きます。

5.の処理でHumongousリージョンが回収された場合，領域サイズが減少します。

Metaspace領域：

変化はありません。

Free領域：

使用中のオブジェクトが1つも存在しないリージョンを回収した場合，領域サイズが増加します。

(e)　アプリケーションの停止の有無

1. Concurrent Root Region Scan：

   CMスレッドで，アプリケーションを停止しないで実行されます。

2. Concurrent Mark：

   CMスレッドで，アプリケーションを停止しないで実行されます。

3. Remark：

   VMスレッドで，アプリケーションを停止して実行されます。

4. Cleanup：

   VMスレッドで，アプリケーションを停止して実行されます。

5. Concurrent Cleanup：

   CMスレッドで，アプリケーションを停止しないで実行されます。

アプリケーションは停止しませんが，4.の処理の終了から5.の処理が終了するまでの間にFullGCや新しいリージョンの確保がされた場合，5.の処理が終了するまで，YoungGC(normal)やFullGCや新しいリージョンの確保の処理を待たせます。

(f)　ほかのGCとの関係

注　CMの処理中はYoungGC(initial-mark)は発生しません。

1. Concurrent Root Region Scan：

   • YoungGC(normal)：実行されません。

   • MixedGC：実行されません。

   • FullGC：実行されません。

2. Concurrent Mark：

   • YoungGC(normal)：2.の処理中に実行された場合，2.の処理を中断します。YoungGC(normal)が終了すると，再開されます。

   • MixedGC：実行されません。

   • FullGC：2.の処理中に実行された場合，2.の処理を中止します。途中結果は破棄されます。

3. Remark：

   • YoungGC(normal)：実行されません。

   • MixedGC：実行されません。

   • FullGC：実行されません。

4. Cleanup：

   • YoungGC(normal)：実行されません。

   • MixedGC：実行されません。

   • FullGC：実行されません。

5. Concurrent Cleanup：

   • YoungGC(normal)：5.の処理中に実行された場合，5.の処理が終了するまでYoungGC(normal)を待機させます。

   • MixedGC：実行されません。

   • FullGC：5.の処理中に実行された場合，5.の処理が終了するまでFullGCを待機させます。

(g)　補足

• 関連オプション

  CMをするスレッド数は-XX:ConcGCThreadsオプションで指定できます。CMをするスレッド数を増やすとスループットが低下します。-XX:ConcGCThreadsオプションを指定しなかった場合，スレッド数は-XX:ConcGCThreadsオプションのデフォルト値となります。詳細については，「5.4　日立JavaVMで指定できるJava HotSpot VMのオプション」の「表5-9　指定できるJava HotSpot VMのオプション」にある「-XX:ConcGCThreads」を参照してください。

• 確認方法

  Concurrent Root Region Scan，Concurrent Mark，Concurrent Cleanupの確認はログの先頭に［VCM］の識別子が付いていることから確認できます。Concurrent Markのログのイメージを次に示します。

[VCM]<Wed Jul 31 11:45:23 2013>[Concurrent Mark Start][User: 0.0000000 secs][Sys: 0.0000000 secs]
[VCM]<Wed Jul 31 11:45:31 2013>[Concurrent Mark End][User: 0.0321549 secs][Sys: 0.0129454 secs]

VCMのログが複数行にわたるため，CMログは開始時にStart，終了時にEndが出力されます。複数行に渡る場合，CPU使用時間はEndのログにStartからEndまでの処理時間が出力され，Startのログは0が出力されます。

ログの記述内容や詳細に関しては，「-XX:[+|-]HitachiVerboseGC（拡張verbosegc情報出力オプション）」を参照してください。

またRemark，Cleanupの処理は処理中にアプリケーションを停止するため，VG1ログに出力されます。Remark，Cleanupの処理はGCログのGC種別が“CM Remark”，“CM Cleanup”という出力から判断できます。

(a)　実行契機

予測回収サイズがJavaヒープ領域の10%を超えている場合，次のGCにMixedGCが予約されます。その判定はCM終了直後のYoungGC(normal)終了時，またはMixedGCの終了時にされます。

(b)　対象範囲

New領域とTenured領域の一部

(c)　処理内容

• MixedGCが発生すると，シングルスレッドでリージョンの選択処理を，マルチスレッドでEvacuationを実行します。

• MixedGCではNew領域をGC対象とし，予測停止時間が目標停止時間に収まる範囲でTenured領域を部分的にGC対象に追加します。

• MixedGCのEvacuationでは，New領域に対してはYoungGCのEvacuationと同じ処理をします。詳細については，「(8)　YoungGC」を参照してください。

• GC対象に追加したTenured領域に対しては，Tenuredリージョン内の使用中のオブジェクトを別のTenuredリージョンに詰め直します。

• MixedGC後も予測回収サイズがJavaヒープ領域の10%を超えている場合，継続してMixedGCが選択され，要件を満たしていない場合，通常のYoungGCが実行されます。

(d)　処理結果

Eden領域：

オブジェクトが回収され，空になります。GC後リサイズされます。

Survivor領域：

From空間のオブジェクトが回収され，空になります。GC後リサイズされます。

Tenured領域：

長期間必要と判断されたオブジェクトがTenured領域に移動します。GC対象に追加された領域のオブジェクトが回収されます。

Humongous領域：

変化はありません。

Metaspace領域：

変化はありません。

Free領域：

GC後のリサイズによって，増減します。

(e)　アプリケーションの停止の有無

停止します。

(f)　ほかのGCとの関係

CM：MixedGC中に実行されません。

YoungGC：MixedGC中に実行されません。

FullGC：MixedGC中に実行要件を満たすと，MixedGCを中止して実行されます。

(g)　補足

• 関連オプション

  Evacuationをするスレッド数は-XX:ParallelGCThreadsオプションで変更できます。スレッド数を増やすとMixedGCに掛かる時間が小さくなります。また，オプションを指定しない場合，スレッド数はOSが認識しているCPU数が用いられます。-XX:ParallelGCThreadsオプションについては，「5.4　日立JavaVMで指定できるJava HotSpot VMのオプション」の「表5-9　指定できるJava HotSpot VMのオプション」にある「-XX:ParallelGCThreads」を参照してください。

• 確認方法

  MixedGCの確認はログのGCの種別の“Mixed GC”から確認できます。また，TargetTenuredの項目からMixedGCで選択されたTenured領域のサイズを確認できます。オブジェクトの予測回収サイズに関してはReclaimableの項目から確認できます。ログの記述内容や詳細に関しては，「-XX:[+|-]HitachiVerboseGC（拡張verbosegc情報出力オプション）」を参照してください。

  [VG1]<Wed Jun 12 11:21:10 2013>[Mixed GC 899070K/899072K(1048576K)->501742K/501760K(1048576K), 0.0931560 secs][Status:-][G1GC::Eden: 389120K(389120K)->0K(397312K)][G1GC::Survivor: 41984K->41984K][G1GC::Tenured: 459776K->459776K][G1GC::Humongous: 2048K->2048K][G1GC::Free: 609536K->607232K][Metaspace: 3634K(4492K, 4492K)->3634K(4492K, 4492K)][class space: 356K(388K, 388K)->356K(388K, 388K)][cause:G1EvacuationPause][RegionSize: 1024K][Target: 0.2000000 secs][Predicted: 0.2495800 secs][TargetTenured: 2048K][Reclaimable: 17703K(1.69%)][User: 0.0156250 secs][Sys: 0.0312500 secs][IM: 729K, 928K, 0K][TC: 509][DOE: 16K, 171][CCI: 2301K, 49152K, 2304K]

(a)　実行契機

Free領域がなくなり，Evacuationのコピー先が確保できなかった場合やHumongous領域が確保できなかった場合に実行されます。また，Metaspace領域の空き領域がなくなった場合やSystem.gc()が呼ばれた場合も実行されます。

(b)　対象範囲

New領域，Tenured領域，Humongous領域およびMetaspace領域

(c)　処理内容

• FullGCはシングルスレッドでアプリケーションスレッドを停止して実行されます。

• FullGCが発生すると目標停止時間に関係なく，GCが終了するまでアプリケーションを停止します。

• FullGCの処理はSerialGCのFullGCと同じ処理です。FullGCを実行しても領域が確保できなかった場合は，OutOfMemoryが発生します。詳細については，「2.2.1　SerialGCの仕組み」を参照してください。

• 一般的に，YoungGCやMixedGCの方がFullGCに比べて短い時間で処理できます。

(d)　処理結果

Eden領域：オブジェクトが回収され，空になります。

Survivor領域：使用中のオブジェクトがTenured領域に移動し，空になります。

Tenured領域：使用中のオブジェクトが詰め直されます。

Humongous領域：使用中のオブジェクトが詰め直されます。

Metaspace領域：使用中のオブジェクトが詰め直されます。

Free領域：回収されたリージョンによって増加します。

(e)　アプリケーションの停止の有無

停止します。

(f)　ほかのGCとの関係

CM：FullGC中は実行されません。

YoungGC：FullGC中は実行されません。

MixedGC：FullGC中は実行されません。

(g)　補足

• 確認方法

  FullGCの確認はログ上のGCの種別が“FullGC”であることから確認できます。また，FullGCではこれから実行するGCに対して予測をしないため，予測停止時間や予測回収サイズは0で表示されます。

  [VG1]<Wed Jan 15 12:51:32 2014>[Full GC 130443K/131072K(131072K)->55462K/56320K(131072K), 2.3265610 secs][Status:-][G1GC::Eden: 0K(43008K)->0K(43008K)][G1GC::Survivor: 0K->0K][G1GC::Tenured: 131072K->56320K][G1GC::Humongous: 0K->0K][G1GC::Free: 0K->74752K][Metaspace: 3634K(4492K, 4492K)->3634K(4492K, 4492K)][class space: 356K(388K, 388K)->356K(388K, 388K)][cause:ObjAllocFail][RegionSize: 1024K][Target: 0.2000000 secs][Predicted: 0.0000000 secs][TargetTenured: 0K][Reclaimable: 0K(0.00%)][User: 2.1700000 secs][Sys: 0.0000000 secs][IM: 277185K, 261856K, 44544K][TC: 1168][DOE: 0K, 0][CCI: 5808K, 49152K, 5952K]