ZGC中的“着色标记（Colored Pointers）”是其实现低延迟、大堆支持的核心技术，本质是在对象指针中嵌入状态信息，通过指针“颜色”追踪对象的生命周期状态（如是否已标记、是否已移动等）。这种设计彻底改变了传统GC对“对象头”或“记忆集”的依赖，是ZGC并发能力的关键支撑。
1. 为什么能“给指针着色”？—— 64位地址空间的“空闲位”
现代64位系统中，实际可用的物理内存地址远小于64位（例如x86-64架构仅使用48位寻址），剩余的高位（如48-63位）是“空闲未使用的”。ZGC利用这些空闲位存储“标记信息”，相当于给指针“涂上不同颜色”，每种颜色代表一种对象状态。
例如：
- 某指针的二进制表示为
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000（64位），其中高16位（前16位）空闲，ZGC可在这16位中存储状态（如“已标记”“待转移”等）。
2. 指针“颜色”代表什么？—— 核心状态定义
ZGC中指针的“颜色”主要用于标记对象的3类核心状态（不同JDK版本可能微调）：
- 未标记（White）：对象未被GC标记，可能是垃圾；
- 已标记（Black）：对象已被GC标记为“存活”；
- 待转移/已转移（Grey）：对象处于“正在被移动”或“已移动到新地址”的状态（用于并发转移阶段）。
这些状态直接存储在指针的高位空闲位中，无需修改对象本身（如对象头），因此操作轻量、高效。
3. 着色标记如何支撑ZGC的并发能力？
ZGC的核心优势是“几乎全并发”（仅极短STW），而着色标记是实现这一点的关键：
（1）并发标记阶段：通过颜色快速判断对象是否已标记
传统GC（如G1）需要遍历对象图并在对象头中标记“存活状态”，过程中可能需要暂停应用或维护复杂的记忆集。
ZGC中，GC线程在并发标记时，会直接修改对象指针的“颜色”（将未标记的“白色”改为“黑色”）。应用线程访问对象时，通过读屏障（Load Barrier）检查指针颜色：若为“白色”，则辅助GC完成标记（避免遗漏），无需暂停整个应用。
（2）并发转移阶段：通过颜色实现“对象移动与地址修正”
ZGC会将存活对象从“旧Region”转移到“新Region”（压缩内存，避免碎片），这一过程完全并发。此时着色标记的作用是：
- 当对象被转移到新地址后，原指针的颜色会被标记为“已转移”，并在指针中记录新地址的偏移量；
- 应用线程访问原指针时，读屏障会检测到“已转移”颜色，自动将指针修正为新地址（透明转发），整个过程无需暂停应用，也无需维护复杂的“转发表”。
4. 着色标记的优势：为什么比传统方式更高效？
- 无对象头依赖：传统GC（如CMS、G1）依赖对象头存储标记状态，可能与锁信息等冲突（需额外处理），而着色标记直接用指针存储状态，与对象本身解耦。
- 省去记忆集/卡表：传统GC需用记忆集记录跨区域引用（如G1的Region间引用），开销大；ZGC通过指针颜色即可追踪对象状态，无需额外数据结构。
- 并发安全轻量：读屏障仅在“指针颜色异常”时触发处理（如修正转移后的地址），多数情况下无额外开销，对应用性能影响极小。
总结
ZGC的“着色标记”本质是利用64位地址空间的空闲位存储对象状态，通过指针“颜色”替代传统的“对象头标记”和“记忆集”，实现了高效的并发标记与转移。这种设计让ZGC在处理TB级大堆时仍能保持毫秒级STW，是其低延迟特性的“灵魂技术”。
