32. ZGC（Z Garbage Collector）是什么？它有什么特点？

PangHu大约 5 分钟

ZGC（Z Garbage Collector） 是Java虚拟机（JVM）中的一种低延迟、高吞吐量的垃圾收集器，专门设计用于处理大规模堆内存应用程序。ZGC在JDK 11中首次引入，旨在将垃圾回收（GC）对应用程序的停顿时间（Stop-the-World, STW）控制在10毫秒以内，甚至在超大堆内存（如数百GB或TB级别）的情况下也能保持极低的停顿时间。

ZGC的主要特点

极低的停顿时间：
- ZGC的设计目标是将GC停顿时间控制在10毫秒以内，实际应用中即使在非常大的堆内存中（如数百GB或TB级别），ZGC的停顿时间也能保持在这一目标范围内。ZGC实现了几乎全程并发的垃圾回收，从而最大限度地减少了STW时间。
大内存支持：
- ZGC能够高效处理极大规模的堆内存，支持的堆内存大小最高可达数TB。这使得ZGC非常适合用于需要处理大量数据的大型企业级应用程序，如大数据处理、内存数据库等。
并发标记和移动：
- ZGC几乎所有的GC工作都是并发进行的，包括标记和对象的内存移动。它采用了着色指针（Colored Pointers）和加载障碍（Load Barriers）等技术，能够在不停止应用线程的情况下安全地标记和移动对象。
可并发压缩：
- ZGC不仅可以并发标记和清理，还可以并发地进行内存压缩（也就是对象的内存整理）。这一特性有助于减少内存碎片，提高内存利用率，同时不会引入额外的长时间停顿。
无需Full GC：
- 与一些传统GC不同，ZGC设计上避免了Full GC的出现。即使在极端情况下，ZGC也能通过并发回收避免长时间的STW事件。
动态调整堆大小：
- ZGC可以动态调整堆内存的大小，响应应用程序的内存需求变化。这使得ZGC能够在各种不同的负载条件下，灵活适应应用程序的内存使用情况。
简化的调优：
- ZGC的设计使得它在大多数情况下无需复杂的调优。它的低停顿特性和自适应机制使得开发者能够更多地专注于应用程序本身，而不是GC调优。

ZGC的工作机制

着色指针（Colored Pointers）：
- ZGC使用了一种创新的指针技术，称为着色指针。在64位系统中，ZGC利用对象引用的高位存储一些标记信息（如对象的状态），而不会影响对象的实际地址。这使得ZGC可以快速判断对象的状态，并且在标记和压缩过程中使用这些信息。
加载障碍（Load Barriers）：
- ZGC通过加载障碍技术来确保并发标记和压缩的安全性。加载障碍是一种机制，它会在对象引用被访问时自动插入检查逻辑，以确保在对象被移动或重新标记时，能够正确处理引用。
并发标记、并发压缩：
- ZGC在执行垃圾回收时，首先会并发地标记所有存活的对象。然后，它会选择需要压缩的内存区域，并发地移动存活对象以压缩内存。整个过程几乎不需要停止应用程序线程。
并发类卸载：
- ZGC支持并发卸载不再使用的类，这一功能能够释放元空间（Metaspace）中的内存，进一步提升内存利用效率。

ZGC的应用场景

大数据处理：
- 由于ZGC对大堆内存的高效处理能力，特别适合处理大规模数据集的应用，如Hadoop、Spark等大数据平台。
内存数据库：
- 内存数据库通常需要处理大量数据并保持低延迟，ZGC可以很好地满足这些需求。
金融应用：
- 金融系统对响应时间要求极高，且通常需要处理大量数据。ZGC的低停顿时间使其成为金融应用的理想选择。
实时应用：
- 对于要求极低延迟和高吞吐量的实时应用，如在线游戏服务器、实时数据分析系统等，ZGC提供了优异的性能保障。

ZGC的缺点

较高的内存开销：
- 由于ZGC的复杂机制（如着色指针和加载障碍），它在运行时会占用更多的内存和CPU资源，可能不适合资源受限的环境。
仅在64位系统上可用：
- ZGC依赖于64位的地址空间（如x86_64和AArch64架构），因此无法在32位系统上使用。
尚在不断改进：
- 虽然ZGC已经在多个版本的JDK中得到应用，但作为较新的GC算法，它还在不断优化和改进中，某些场景下的表现可能仍然不如传统GC稳定。

启用ZGC

在JVM中启用ZGC可以使用以下参数：

-XX:+UseZGC

可以通过以下参数调优ZGC的性能：

最大堆内存大小
```
-Xmx<size>
```
垃圾回收日志
```
-Xlog:gc*
```

总结

ZGC（Z Garbage Collector） 是JVM中的一种低延迟垃圾收集器，专为处理大规模堆内存应用而设计。它的主要特点是极低的停顿时间、并发标记和压缩、大内存支持，以及简化的调优机制。尽管ZGC在内存和CPU资源方面的开销较高，但它为对延迟敏感的大规模应用程序提供了卓越的垃圾回收性能，是现代高性能Java应用程序的理想选择之一。