你了解 Java 的 ZGC（Z Garbage Collector）吗？

news/2024/12/11 19:25:30/文章来源:https://www.cnblogs.com/eiffelzero/p/18600545

Java 的 ZGC（Z Garbage Collector）

ZGC（Z Garbage Collector） 是 Java 11 引入的一种低延迟垃圾回收器，旨在减少垃圾回收时的停顿时间，并能够在大规模堆内存的环境下提供可预测的低停顿时间。ZGC 是一个并发、并行的垃圾回收器，专为大内存（例如多 TB）的系统设计，并且采用了很多创新的技术以避免长时间的 STW（Stop-the-World）停顿。

1. ZGC 的设计目标

ZGC 的设计目标是减少垃圾回收时的停顿时间，尤其是对于大堆（大于 10GB 或 100GB）的应用程序。其特点包括：

低停顿时间：ZGC 的停顿时间通常在毫秒级别，不管堆的大小如何。
可扩展性：能够支持数 TB 的堆内存，适应大规模应用程序。
并发收集：大部分的垃圾回收过程都是并发执行的，减少了 GC 过程中应用程序停顿的时间。

2. ZGC 的主要特点

2.1 分代收集（Region-based Memory Management）

ZGC 将堆内存划分为多个 Region，每个 Region 负责一小块内存区域。每个 Region 可能是 Eden、Survivor 或 Old。
ZGC 采用这种区域化的方式来灵活地管理堆内存，有助于更高效地进行垃圾回收。

2.2 并发标记和回收

并发标记：标记阶段与应用线程并发执行，减少了停顿时间。应用程序线程和垃圾回收线程同时进行标记。
并发整理（Relocation）：ZGC 在回收过程中会对对象进行整理，即将存活对象移动到新的位置，但这也是与应用线程并行进行的，避免了长时间的 STW 停顿。

2.3 并发的垃圾回收过程

ZGC 的垃圾回收过程包括多个并发阶段：

初始标记（Initial Mark）：
- 这一阶段需要短暂的停顿时间（STW），主要标记根对象和直接可达的对象。
并发标记（Concurrent Mark）：
- 在这个阶段，ZGC 与应用线程并发进行，标记整个堆中的存活对象。
并发整理（Concurrent Relocation）：
- 将存活对象移动到空闲区域，整理内存，同时与应用线程并发执行。
并发清理（Concurrent Cleanup）：
- 清除垃圾对象的过程，继续并发执行。

2.4 低停顿时间

ZGC 最大的优势是其低停顿时间，尤其适用于需要低延迟和大堆内存的场景。即使在大堆内存的情况下，ZGC 也能保持每次垃圾回收的停顿时间在毫秒级别。

3. ZGC 的工作原理

3.1 堆内存的划分

ZGC 会将堆划分为多个大小相等的 Region，并且每个 Region 的大小可以动态调整。每个 Region 都可以包含不同种类的对象，如 Eden、Survivor 或 Old 区。
对象的分配和回收都在这些小区域内进行，从而提高了内存管理的灵活性和效率。

3.2 指针压缩（Pointer Compression）

ZGC 使用指针压缩技术来减少内存占用。当对象被移动时，ZGC 会更新相关的指针，确保对象的引用是正确的，同时保持低停顿。

3.3 并发整理

在整理阶段，ZGC 会并发地将存活对象从一个区域迁移到另一个区域。这一阶段与应用线程并行执行，不会造成应用线程停顿。

3.4 自适应调优

ZGC 通过自适应的方式来动态调节其工作负载和资源分配，确保垃圾回收的效率。比如，ZGC 会根据堆内存的使用情况来调整不同阶段的并发度。

4. ZGC 与其他垃圾回收器的对比

4.1 与 CMS 比较

CMS（Concurrent Mark-Sweep） 垃圾回收器也旨在减少停顿时间，但它的老年代清理效率较低，可能出现 Concurrent Mode Failure，导致 Full GC 停顿。
相比之下，ZGC 通过并发的标记、整理和清理阶段，不仅减少了停顿时间，还避免了 Full GC 的风险。ZGC 更加适合于大堆内存的环境。