12 张图带你彻底理解 ZGC

发布网友发布时间：2024-10-13 12:50

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热心网友时间：2024-10-14 06:44

ZGC（Z Garbage Collector）是一款性能优于G1的垃圾收集器。ZGC自JDK 11作为实验特性引入，至JDK 15正式投入使用。启用方式为使用–XX:+UseZGC。ZGC有三大特色：

1. 内存多重映射：ZGC使用mmap技术将不同的虚拟内存地址映射到同一物理内存地址，从而在Marked0、Marked1和Remapped三个虚拟内存中灵活高效地管理内存。应用程序在创建对象时，为对象在上述三个视图空间分别申请一个虚拟地址，这三个虚拟地址映射到同一物理地址。Marked0、Marked1和Remapped作为ZGC的三个视图空间，同一时间点内只能有一个有效，通过切换视图空间完成并发的垃圾回收。

2. 染色指针：ZGC使用染色指针技术将GC信息保存在指针上，提升GC效率。在64位JVM中，对象指针为64位，高16位用于寻址，剩下48位可管理内存达到256TB。ZGC仅用高4位存储4个标志位，最大内存管理可达16TB。通过这4个标志位，JVM可以直接从指针上获取对象的三色标记状态、是否进入重分配集和是否需要通过finalizer访问的信息，无需进行对象访问即可获得GC信息。

3. 内存布局：ZGC基于Region进行内存分布，不区分新生代和老年代，支持动态创建和销毁，包括三种类型的Region。与G1类似，ZGC的内存布局同样基于Region，但其设计更注重并发和效率。

4. 读屏障：读屏障技术是ZGC在解释执行时向应用代码中插入的小段代码，当线程从堆中读取对象引用时执行。它判断对象引用是否满足条件，执行相应动作，以实现高效的并发收集。读屏障会略微影响应用性能，但提高了GC并发能力，降低了停顿时间。

5. GC过程：ZGC的垃圾收集过程包括标记、转移和重定位三个阶段。标记阶段从GC Roots出发，找出直接引用的对象，放入活跃对象集合。并发标记阶段GC线程和应用线程并行运行，标记过程中可能有引用关系变化导致的漏标记问题，再标记阶段重新标记并发标记阶段变化的对象。初始转移和并发转移阶段将活跃对象复制到新内存，转移过程对象地址发生改变，在重定位阶段调整所有指向对象旧地址的指针。

6. 垃圾收集算法：ZGC采用标记-整理算法，将存活对象移动到堆的一侧，移动完成后回收边界以外的对象。在JDK 16之前，ZGC预留了一块堆内存，以支持简单的并行收集算法，但存在预留内存的问题。JDK 16改进后支持就地搬移对象，无需预留空闲内存。尽管就地搬移带来了挑战，如考虑搬移对象顺序，但总体提高了GC表现。

ZGC的引入使并发性能大幅度提升，STW时间几乎只与GC Roots数量相关，不随堆大小和对象数量变化。ZGC的并发性能和内存管理技术显著改善了Java应用的垃圾回收效率，但其浮动垃圾问题仍然存在。