你司用上zgc了吗

ZGC（Z Garbage Collector） 是 Oracle 在 JDK 11 中引入的一种超低延迟垃圾收集器，旨在为大规模应用提供高效的内存管理，尤其是在大内存（几十 GB 到数 TB）场景下。ZGC 的设计目标是将 GC 停顿时间控制在10ms以下，并且在内存规模增长时，GC 停顿时间不会显著增加。

ZGC 的特点

1. 超低延迟：ZGC 的垃圾回收暂停时间非常短，通常小于 10 毫秒。相比传统垃圾收集器如 CMS 和 G1，它的暂停时间与堆大小无关，因此即便在大内存应用中，ZGC 也能保证很短的 GC 停顿时间。

2. 高吞吐量：虽然 ZGC 主要以低延迟为目标，但它的吞吐量与其他 GC 如 G1 相比并没有明显劣势。

3. 大堆支持：ZGC 可以很好地处理 TB 级别的堆内存，是处理大数据、大型应用场景下的理想选择。

4. 并发标记和压缩：ZGC 几乎所有的工作都是并发执行的，垃圾回收的标记和对象的移动（压缩）都是在不停止应用线程的情况下进行的，这显著减少了对应用程序的影响。

5. 染色指针（Colored Pointers）：ZGC 采用了一种独特的 "染色指针" 技术，将 GC 状态信息编码到对象指针中，以便在对象访问时可以获取 GC 信息。

ZGC 工作流程

ZGC 的垃圾回收过程由四个主要阶段组成：

1. 并发标记阶段（Concurrent Marking）

   • 这一阶段是并发进行的，ZGC 会标记出所有可达的对象。ZGC 使用一种基于图的遍历算法，依次从 GC Roots 开始，递归遍历对象图，标记所有活动对象。与传统的 GC 不同，ZGC 在标记阶段几乎不会停止应用线程。

2. 并发预备重定位阶段（Concurrent Prepare for Relocation）

   • 这一阶段，ZGC 通过并发的方式来分析哪些区域需要被压缩（即进行对象的移动）。与其他 GC 不同，ZGC 将标记和压缩分为不同的阶段，因此可以减少停顿时间。

3. 并发重定位阶段（Concurrent Relocation）

   • 在这个阶段，ZGC 通过 "染色指针" 来支持并发的对象移动。它会在对象被访问时实时更新对象的地址。这样可以确保即使在对象移动期间，程序仍然可以访问这些对象。

4. 短暂的暂停阶段（Stop-the-World Pause）

   • 尽管 ZGC 几乎所有工作都是并发进行的，但它在整个垃圾收集过程中会有几个非常短暂的停顿。例如，ZGC 会在标记的初始阶段短暂停顿，以处理线程栈中的 GC Roots。另一个停顿是在对象移动之前的同步阶段。

ZGC 的核心技术

1. 染色指针（Colored Pointers）

ZGC 通过给对象的指针（地址）附加 "染色" 信息来追踪对象的状态。染色指针使用对象引用中的一部分位来存储元数据，例如：

• 对象是否已经被标记。
• 对象是否已经被压缩。
• 对象是否正在移动。

染色指针的一个关键好处是，它不需要额外的内存来存储元数据，可以高效地处理对象状态信息。

2. Load barriers（加载屏障）

ZGC 使用了一种叫做 "加载屏障" 的技术。加载屏障是一种轻量级机制，作用是在每次读取对象引用时，都会进行一次轻量级检查，确保该引用指向的是最新的地址，并根据需要更新对象引用。这使得 ZGC 可以在垃圾收集期间安全地移动对象，而不影响正在运行的应用。

3. 并发标记和压缩

ZGC 的标记和对象移动（压缩）是并发进行的。这意味着，即使在进行垃圾回收的过程中，应用程序也可以继续运行，而不会因为垃圾收集暂停而中断。传统的垃圾收集器通常会在标记和压缩过程中 "Stop-the-World"，而 ZGC 的并发模型则极大地减少了停顿时间。

ZGC 与其他 GC 的对比

特性	ZGC	G1 GC	CMS GC	Parallel GC
主要目标	低延迟	低延迟，适中吞吐量	低延迟	高吞吐量
最大堆大小	TB 级别	一般几百 GB	一般几百 GB	一般几百 GB
暂停时间	< 10ms，且与堆大小无关	短暂停时间，随着堆增长而增加	停顿较短，但可能出现 "浮动垃圾"	停顿时间长
对象压缩	并发	混合模式	无压缩	Stop-the-World 压缩
染色指针	有	无	无	无

使用 ZGC 的场景

ZGC 适用于以下场景：

1. 超大堆内存应用：在内存需求达到几十 GB 到数 TB 级别的应用中，ZGC 能够提供低停顿的垃圾回收体验。
2. 低延迟应用：对于金融系统、实时响应系统、大规模在线服务等对延迟非常敏感的场景，ZGC 的短暂停顿特性非常适合。
3. 混合负载：ZGC 适合在有大数据处理、批量计算与交互式任务混合的负载中使用。

如何使用 ZGC

在启动 Java 应用时，可以通过以下 JVM 参数启用 ZGC：

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -Xmx<size> -Xms<size> -jar yourapp.jar

• -XX:+UnlockExperimentalVMOptions：启用实验性 VM 选项（ZGC 是实验性特性，需显式启用）。
• -XX:+UseZGC：启用 ZGC 作为垃圾回收器。
• -Xmx 和 -Xms：分别设置最大和最小堆内存大小。

ZGC 的优缺点

优点：

• 低延迟：堆内存再大，ZGC 都可以保持极短的 GC 停顿时间，通常小于 10 毫秒。
• 并发标记与压缩：所有标记和压缩操作几乎都是并发进行，减少了 Stop-the-World 的时间。
• 大堆支持：ZGC 支持 TB 级别的大堆，在大数据处理场景中非常适用。

缺点：

• 实验性：尽管 ZGC 从 JDK 11 开始引入，但它仍然是一种实验性特性，在某些特殊场景下可能存在未被充分测试的行为。
• 吞吐量：尽管 ZGC 能保证极低的延迟，但与 Parallel GC 等主要关注吞吐量的收集器相比，吞吐量稍低，尤其是在某些极端负载下。
• 32位系统不支持：ZGC 仅支持 64 位系统，特别是 Linux、macOS 和 Windows 的 64 位版本。

总结

ZGC 是一种极具创新性的垃圾回收器，特别适合对延迟要求极高或堆内存极大的应用场景。通过其独特的染色指针和加载屏障机制，ZGC 实现了低停顿、并发标记和并发压缩的功能，保证了应用的实时性和高效性。

对于需要处理超大内存且对延迟敏感的 Java 应用程序，ZGC 提供了优异的垃圾回收解决方案。