java JVM ZGC垃圾收集器关键特性和工作原理

ZGC (Z Garbage Collector) 是Java虚拟机(JVM)中的一个现代化的垃圾收集器,它被设计成低延迟的垃圾收集器,特别适合于那些需要极短的垃圾收集暂停时间的应用程序。ZGC首次作为实验性特性在JDK 11中引入,并在JDK 15中成为非实验性的,并可用于生产环境。以下是ZGC的一些关键特性和工作原理:

关键特性

  • 低延迟:ZGC的设计目标之一是将垃圾收集的暂停时间控制在极低水平,最初的目标是10毫秒以内,在JDK 16之后,这个目标进一步被降低到1毫秒以内。
  • 大堆支持:ZGC能够支持非常大的堆内存,最大可达16TB。
  • 基于Region的内存布局:ZGC使用基于Region的堆内存布局,堆空间被分成多个连续的区域,每个区域的大小可以动态变化。
  • 无代划分:与传统的分代垃圾收集器不同,ZGC不区分新生代和老年代。
  • 并发标记:ZGC使用并发标记算法来减少应用程序暂停的时间。
  • 读屏障:使用读屏障技术来维护对象引用的完整性,确保垃圾收集期间引用的一致性。
  • 染色指针:使用染色指针技术来标记指针,帮助识别跨区域的引用,减少额外的元数据开销。
  • 内存多重映射:使用多重映射来简化内存的移动和重定位,从而提高垃圾收集效率。
  • 标记-整理算法:ZGC使用一种类似于标记-整理的算法来处理垃圾收集过程中的对象移动。

内存模型

  • Region:ZGC的堆空间被划分为多个连续的Region,每个Region的大小可以是4GB,但大小是动态的,可以分为小、中、大三种容量。
  • 动态创建和销毁:Region可以根据需要动态创建和销毁,这有助于更好地利用内存。

收集过程

  • 并发标记:ZGC使用并发标记来识别垃圾,该过程与应用程序的执行并发进行,以减少暂停时间。
  • 并发重定位:ZGC在标记完成后,会并发地重定位活对象到新的位置,同时更新所有指向这些对象的引用。
  • 染色指针和读屏障:染色指针用来标识指针的类型,而读屏障则用于在读取对象引用时自动更新指针,以反映对象的新位置。

启用ZGC

  • 用户可以通过设置JVM参数 -XX:+UseZGC 来启用ZGC垃圾收集器。

总结

ZGC通过上述技术和特性实现了低延迟的垃圾收集,并且能够很好地扩展到大规模的应用场景中。它的设计非常适合那些对延迟敏感的应用程序,比如实时系统或高频率交易系统等。

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