JDK高版本特性总结与ZGC实践

美团技术团队2025-06-20 10:38

美团信息安全技术团队核心服务升级JDK 17后，性能与稳定性大幅提升，机器成本降低了10%。高版本JDK与ZGC技术令人惊艳，且Java AI SDK最低支持JDK 17。本文总结了JDK 17的主要特性，然后重点分享了JDK 17+ZGC在安全领域的一些实践，希望能对大家有所帮助或启发。

从一句调侃的话 "你发任你发，我用Java 8！" 可以看出，在开发新项目时，Java 8依然是大家的首选。美团Java 8服务占比超过70%，可以说Java 8依然是绝对的主流。但是，我们在多个核心服务上遇到较多的性能问题，这些问题无法通过JVM参数微调来解决，为此我们对部分核心服务使用了 JDK 17，升级后服务性能和稳定性指标也得到巨大的飞跃，同时机器成本可以下降约10%，升级JDK版本收益十分明显。另外，目前正处在AI时代的爆发期，Java AI SDK的最小支持版本为JDK 17，这让升级JDK版本变得更具价值。接下来，期望跟大家一起探索JDK高版本和ZGC技术的奥秘，开启优化Java应用的新征程。

1. JDK 17的主要特性

包含JDK 9~17等中间版本的特性。

从 JDK 8 直接升级到 JDK 17，以下是需要重点关注的特性，这些特性对开发效率、代码风格、性能优化和安全性都有显著影响。

1.1 语言特性[1]

1.1.1 局部变量类型推断

使用var关键字来声明局部变量，而无需显式指定变量的类型。在Java 17中，可以使用局部变量类型推断的扩展来编写更简洁的代码。其他语言如Golang很早就支持了var变量。

ini 复制代码 
// JDK8
String str = "Hello world";

// JDK17
var str = "Hello world";

需要注意的是，var类型的局部变量仍然具有静态类型，一旦被推断出来，类型就会固定下来，并且不能重新赋值为不兼容的类型。

1.1.2 密封类

它允许我们将类或接口的继承限制为一组有限的子类。如果想将类或接口的继承限制为一组有限的子类时，这非常有用。在下面的示例中，可以看到我们如何使用sealed关键字将类的继承限制为一组有限的子类。我们可以通过在类的声明前加上sealed关键字来将该类声明为密封类。然后，可以使用permits关键字列出该密封类允许继承的子类。这些子类必须直接或间接地继承自密封类。这样，只有在这个预定义的子类中，才能继承该密封类。

scala 复制代码 
//使用permits关键字列出了允许继承的子类Circle、Rectangle和Triangle
public sealed class Shape permits Circle, Rectangle, Triangle {
    // 省略实现
}

// 在与密封类相同的模块或包中 定义以下三个允许的子类， Circle，Square和：Rectangle
public final class Circle extends Shape {
    public float radius;
}
 
public non-sealed class Square extends Shape {
   public double side;
}   
 
public sealed class Rectangle extends Shape permits FilledRectangle {
    public double length, width;
}

1.1.3 Record 类

Record 类的主要目的是提供一种更简洁、更安全的方式来定义不可变的数据载体类。它自动实现了常见的方法（如equals()、hashCode()、toString()和构造函数），从而减少了样板代码。

特点

  1. 不可变性 ：Record类的字段默认是final的，因此 Record 类是不可变的。
  2. 简洁性 ：Record类自动提供了构造函数、equals()、hashCode()和toString()方法，无需手动编写。
  3. 组件访问 ：Record类的字段可以通过recordName.fieldName的方式直接访问。
  4. 模式匹配 ：Record类支持模式匹配（Pattern Matching），可以与instanceof和switch表达式结合使用。

Record类的定义非常简单，只需要使用record关键字，并声明字段类型和名称即可。例如：

arduino 复制代码 
// 这里有一个包含两个字段的记录类
record Rectangle(double length, double width) { }

// 这个简洁的矩形声明等同于以下普通类
public final class Rectangle {
    private final double length;
    private final double width;

    public Rectangle(double length, double width) {
        this.length = length;
        this.width = width;
    }

    double length() { return this.length; }
    double width()  { return this.width; }

    // ...
    public boolean equals...
    public int hashCode...

    // ...
    public String toString() {...}
}

1.1.4 switch表达式优化

在Java 17中使用switch表达式时，不必使用关键字break来跳出switch语句，或return在每个switch case上使用关键字来返回值；相反，我们可以返回整个switch表达式。这种增强的switch表达式使整体代码看起来更清晰，更易于阅读。switch打印一周中某一天的字母数量的语句。

JDK 8

ini 复制代码 
public enum Day { SUNDAY, MONDAY, TUESDAY,
    WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY; }

		// ...

    int numLetters = 0;
    Day day = Day.WEDNESDAY;
    switch (day) {
        case MONDAY:
        case FRIDAY:
        case SUNDAY:
            numLetters = 6;
            break;
        case TUESDAY:
            numLetters = 7;
            break;
        case THURSDAY:
        case SATURDAY:
            numLetters = 8;
            break;
        case WEDNESDAY:
            numLetters = 9;
            break;
        default:
            throw new IllegalStateException("Invalid day: " + day);
    }
    System.out.println(numLetters);

JDK 17

sql 复制代码 
		Day day = Day.WEDNESDAY;    
    System.out.println(
        switch (day) {
            case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
            case TUESDAY                -> 7;
            case THURSDAY, SATURDAY     -> 8;
            case WEDNESDAY              -> 9;
            default -> throw new IllegalStateException("Invalid day: " + day);
        }
    );

1.1.5 文本块

在不使用转义序列的情况下创建多行字符串。在创建SQL查询或JSON字符串时非常有用。在下面的示例中，可以看到使用文本块时代码看起来更加简洁。

ini 复制代码 
// JDK8
String message = "'The time has come,' the Walrus said,\n" +
                 "'To talk of many things:\n" +
                 "Of shoes -- and ships -- and sealing-wax --\n" +
                 "Of cabbages -- and kings --\n" +
                 "And why the sea is boiling hot --\n" +
                 "And whether pigs have wings.'\n";

// 使用文本块可以消除大部分混乱：
String message = """
    'The time has come,' the Walrus said,
    'To talk of many things:
    Of shoes -- and ships -- and sealing-wax --
    Of cabbages -- and kings --
    And why the sea is boiling hot --
    And whether pigs have wings.'
    """;

SQL注解描述

python 复制代码 
// JDK8    
@Select("select distinct ta.host_name from tb_agent_info tai, tb_agent ta where 1=1 " +
        "and ta.host_name=tai.host_name and ta.status=1 and ta.master=1 and tai.report_pid_count > 0")
Set<String> queryAllJavaHost();

// JDK17
@Select("""
    SELECT DISTINCT ta.host_name
    FROM tb_agent_info tai, tb_agent ta
    WHERE 1=1
      AND ta.host_name = tai.host_name
      AND ta.status = 1
      AND ta.master = 1
      AND tai.report_pid_count > 0
 """)
 Set<String> queryAllJavaHost2();
  • 可读性更强：文本结构清晰可见，无需处理转义字符或字符串连接。
  • 减少错误：不需要手动添加换行符（\n），降低了出错的可能性。
  • 易于编辑：可以直接复制粘贴格式化好的JSON，而不需要额外的处理。
  • 保留缩进：文本块会保留的缩进，使得其在Java代码中的呈现更加美观。

1.1.6 模式匹配instanceof优化

它允许将instanceof运算符用作返回已转换对象的表达式。当我们使用嵌套的if-else语句时，这非常有用。在下面的示例中，可以看到我们如何使用instanceof运算符来捕获对象，而不是进行显式转换。

JDK 8

ini 复制代码 
Object obj = ...;

if (obj instanceof String) {
    String str = (String) obj;
    int length = str.length();
    System.out.println("字符串长度：" + length);
}

JDK 17

ini 复制代码 
Object obj = ...;

if (obj instanceof String str) {
    int length = str.length();
    System.out.println("字符串长度：" + length);
}

1.1.7 NullPointerExceptions的优化

对象空指针在日常开发中遇到的比较多，一般代码报错只能精确的某一行，如果该行的代码比较复杂，涉及到多个对象，往往不能直接确定是哪一个对象为空。

typescript 复制代码 
public class NpeDemo { 
  public static void main(String[] args) { 
    Address address=new Address();
    User user=new User();
    user.setAddress(address);
    log.info(user.getAddress().getCity().toLowerCase()); 
  }
}

上面代码中的第6行链式调用，如果某一个环节出现空指针，将会抛出空指针的异常：

php 复制代码 
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException 
		at NpeDemo.main(Main.java:6)

使用JDK 17

kotlin 复制代码 
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: 
Cannot invoke "String.toLowerCase()" because the return value of "Address.getCity()" is null 
  at NpeDemo.main(Main.java:6)

1.1.8 集合、Stream和Optional的增强

Java 在集合（Collections）、Stream API 和 Optional类方面引入了许多增强功能。主要有：

集合增强：不可变集合： 引入了创建不可变集合的便捷方法，如List.of()、Set.of()和Map.of()。这些方法用于快速创建不可变集合，减少了代码量并提高了安全性。

typescript 复制代码 
import java.util.*;

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建不可变list
        List<String> list = List.of("Java", "Golang", "Python");
        // 创建不可变set
        Set<String> set = Set.of("Java", "Golang", "Python");
        // 创建不可变map
        Map<String, Integer> map = Map.of("Java", 1, "Golang", 2, "Python", 3);
    }
}

集合工厂方法：Java 17还引入了集合工厂方法，如List.copyOf()、Set.copyOf() 和 Map.copyOf()，用于从现有集合创建不可变副本。

Stream API增强 ：takeWhile和dropWhile：基于条件截取或跳过元素；iterate：支持终止条件的迭代；ofNullable：将可能为null的值转换为Stream。

Optional增强 ： ifPresentOrElse：值存在时执行操作，否则执行另一个操作；or：在值不存在时提供替代值；stream：将Optional转换为Stream。

1.2 新API和工具

1.2.1 新的HttpClient

可以使用HttpClient使用来发送请求并检索其响应。 HttpClient可以通过builder来创建。该newBuilder方法返回一个构建器，用于创建默认HttpClient实现的实例。该构建器可用于配置每个客户端的状态，例如：首选协议版本（HTTP/1.1 或 HTTP/2）、是否遵循重定向、代理、身份验证器等。 构建完成后，HttpClient是不可变的，可用于发送多个请求。

less 复制代码 
// 同步示例
HttpClient client = HttpClient.newBuilder()
        .version(Version.HTTP_1_1)
        .followRedirects(Redirect.NORMAL)
        .connectTimeout(Duration.ofSeconds(20))
        .proxy(ProxySelector.of(new InetSocketAddress("proxy.example.com", 80)))
        .authenticator(Authenticator.getDefault())
        .build();
   HttpResponse<String> response = client.send(request, BodyHandlers.ofString());
   System.out.println(response.statusCode());
   System.out.println(response.body());  

// 异步示例
HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
        .uri(URI.create("https://foo.com/"))
        .timeout(Duration.ofMinutes(2))
        .header("Content-Type", "application/json")
        .POST(BodyPublishers.ofFile(Paths.get("file.json")))
        .build();
   client.sendAsync(request, BodyHandlers.ofString())
        .thenApply(HttpResponse::body)
        .thenAccept(System.out::println);

如果不希望引入三方依赖（三方依赖漏洞和Bug等需要经常升级），可以使用JDK提供的原生的httpClient API，适用场景中间件。

1.2.2 打包工具jpackage[2]

该工具将以Java应用程序和Java运行时镜像作为输入，生成包含所有必要依赖项的Java应用程序镜像。它能够生成特定平台格式的原生软件包，例如Windows上的exe文件或macOS上的dmg 文件。每种格式都必须在其运行的平台上构建，不支持跨平台。该工具将提供一些选项，允许以各种方式定制打包的应用程序。该工具最大特点是无需单独安装JDK环境，例如用JDK17写了一个MCP Server工具，直接打包为可执行文件安装即可，减少环境依赖安装。

1.2.3 进程相关API[3]

进程管理功能得到了显著增强，ProcessHandle提供了更强大的功能来创建、监控和管理本地进程。这些改进使得Java程序能够更灵活地与操作系统交互，同时提供了更详细的进程信息和更强大的生命周期管理功能。

1.创建进程

在Java中，创建新进程通常使用ProcessBuilder或Runtime.getRuntime().exec()。而Java 17上ProcessHandle提供了更强大的功能来管理这些进程。

ini 复制代码 
ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("echo", "Hello World!");
Process p = pb.start();

2.监控进程

csharp 复制代码 
public class ProcessTest {

  // ...

  static public void startProcessesTest() throws IOException, InterruptedException {
    List<ProcessBuilder> greps = new ArrayList<>();
    greps.add(new ProcessBuilder("/bin/sh", "-c", "grep -c \"java\" *"));
    greps.add(new ProcessBuilder("/bin/sh", "-c", "grep -c \"Process\" *"));
    greps.add(new ProcessBuilder("/bin/sh", "-c", "grep -c \"onExit\" *"));
    ProcessTest.startSeveralProcesses (greps, ProcessTest::printGrepResults);      
    System.out.println("\nPress enter to continue ...\n");
    System.in.read();  
  }

  static void startSeveralProcesses (
    List<ProcessBuilder> pBList,
    Consumer<Process> onExitMethod)
    throws InterruptedException {
    System.out.println("Number of processes: " + pBList.size());
    pBList.stream().forEach(
      pb -> {
        try {
          Process p = pb.start();
          System.out.printf("Start %d, %s%n",
            p.pid(), p.info().commandLine().orElse("<na>"));
          p.onExit().thenAccept(onExitMethod);
        } catch (IOException e) {
          System.err.println("Exception caught");
          e.printStackTrace();
        }
      }
    );
  }
  
  static void printGrepResults(Process p) {
    System.out.printf("Exit %d, status %d%n%s%n%n",
      p.pid(), p.exitValue(), output(p.getInputStream()));
  }

  private static String output(InputStream inputStream) {
    String s = "";
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream))) {
      s = br.lines().collect(Collectors.joining(System.getProperty("line.separator")));
    } catch (IOException e) {
      System.err.println("Caught IOException");
      e.printStackTrace();
    }
    return s;
  }

  // ...
}

3.获取进程信息

less 复制代码 
public static void getInfoTest() throws IOException {
        ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("echo", "Hello World!");
        String na = "<not available>";
        Process p = pb.start();
        ProcessHandle.Info info = p.info();
        System.out.printf("Process ID: %s%n", p.pid());
        System.out.printf("Command name: %s%n", info.command().orElse(na));
        System.out.printf("Command line: %s%n", info.commandLine().orElse(na));

        System.out.printf("Start time: %s%n",
            info.startInstant().map((Instant i) -> i
                .atZone(ZoneId.systemDefault()).toLocalDateTime().toString())
                .orElse(na));

        System.out.printf("Arguments: %s%n",
            info.arguments().map(
                (String[] a) -> Stream.of(a).collect(Collectors.joining(" ")))
                .orElse(na));

        System.out.printf("User: %s%n", info.user().orElse(na));
}

输出
Process ID: 18761
Command name: /usr/bin/echo
Command line: echo Hello World!
Start time: 2017-05-30T18:52:15.577
Arguments: <not available>
User: administrator

1.2.4 AI工具最低版本为JDK17

最近火热的AI大模型工具，JDK 8不再兼容，运行的最低版本为JDK 17，例如Spring AI工具。

1.3 性能优化与Bug修复

1.3.1 垃圾回收器改进ZGC

ZGC作为新一代的垃圾回收器，主要目标：

  • 支持TB级内存
  • 停顿时间控制在10ms之内
  • 对程序吞吐量影响小于15%

据官方测评数据，在内存为128GB的机器上，相比于G1来说，性能提高30%，停顿时间减少99%。

1.3.2 NIO 重写与优化

  • 支持Unix-Domain套接字：在JDK8上如果想要使用UDS，一般使用Netty或者开源的Juds库，JDK 17支持了该功能，无需使用第三方库；
  • 文件通道的优化：可以将文件的某个区域直接映射到内存中，从而实现高效的读写操作。这种方式利用了操作系统的内存映射机制，减少了I/O操作的开销；
  • 零拷贝支持：允许数据直接从磁盘的一个位置复制到另一个位置，而无需经过用户态内存。这减少了数据在用户态和内核态之间的拷贝次数，从而显著提高了性能。

1.3.3 Java SDK模块化设计

JVM的模块化是Java 9引入的一个重要特性，通过Java Platform Module System (JPMS) 实现。这一特性旨在解决Java应用在可扩展性和维护上的问题，提供更高级别的封装和依赖管理机制。

  • 减少环境资源开销：在JDK 9之前，每次启动JVM都要耗费至少30MB到60MB的内存空间，因为JVM需要加载整个rt.jar。模块化允许JVM选择性地加载必需的模块，从而减少内存占用。
  • 提升开发效率和运行速度：随着代码库的复杂性增加，开发效率和运行速度会受到影响。模块化通过规范化路径和依赖关系，使系统更安全、更高效。
  • 规范化路径及依赖关系：JDK 9之前，系统没有对不同JAR之间的依赖或敏感路径进行限制，导致所有JAR都可以被访问，暴露了安全问题。模块化通过管理模块间的依赖关系，隐藏不必要的模块，提高了安全性和空间利用率。

1.3.4 Java Agent机制的Attach Bug修复

Java Attach Socket文件被删除后会导致Java Agent注入失败，在JDK 8上只能通过重启解决，而JDK 17会重新创建一个新的文件。

1.3.5 弹性元空间[4]

更及时地将未使用的元空间内存回收，减少元空间占用的内存。

2. JDK17+ZGC在安全领域的实践

2.1 美团JDK的现状

在美团信息安全部，JDK8（Oracle JDK8u201）依然是主流版本，其次是Open JDK17，剩下为Open JDK 11。

2.2 ZGC适用场景

  • 服务器成本压力大：服务器数量大于100台、单机配置大于16C16G、Java堆内存超过16G等。
  • 单机CPU高：峰值大约在50%
  • 性能火焰图中GC占比高
  • 高峰期故障雷达、监控大盘和服务日志等告警频繁

2.3 ZGC效果

2.3.1 性能压测效果

在测试服务不同接口中，ZGC在高QPS场景中收益较大（服务的QPS超过1万）：

  • TP9999：下降220~380ms，下降幅度18%~74%。
  • TP999：下降60-125ms，下降幅度10%~63%。
  • TP99：下降 3ms-20ms，下降幅度0%-25%。

一些重度依赖外部的接口中性能优化不大，原因是这些服务的响应时间瓶颈不是GC，而是外部依赖的性能，在一些低QPS接口中对比不太明显。

2.3.2 案例1：智能决策系统（JDK 11+ZGC 升级到JDK 17+ZGC）

峰值cpu.busy指标下降

升级前: 47.8565%

升级后: 41.4933%

系统长期运行时TP9999性能稳定

运行15天，JDK11机器长时间不重启三九、四九线会逐渐升高，JDK 17机器较为稳定。

服务失败率显著降低

UGC集群升级效果：错误数量由峰值6000下降到349。

JVM元空间使用降低

单机维度高峰期性能指标

2.3.3 案例2：内容安全核心服务 (JDK 8+CMS升级到JDK 17+ZGC）

该服务是内容安全的代理层，主要负责匹配请求的分发、辅助功能支撑（日志、监控、熔断）以及一些个性化业务需求。当前该服务GC是CMS，该服务线上的Young GC平均耗时是17ms，平均每分钟GC次数是6次，该服务接口平均响应时间是2.6ms。

根据文章《从实际案例聊聊Java应用的GC优化》中提供的计算方式，受到Young GC影响的请求占比是：

<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> 受 G C 影响请求占比 = N ∗ ( G C 时间 + 接口响应时间 ) T = 6 ∗ ( 17 + 2.6 ) 60000 = 0.196 % 受GC影响请求占比 = \frac{N * \left ( GC时间 + 接口响应时间 \right ) }{T} = \frac{6 * \left ( 17 + 2.6 \right ) }{60000} = 0.196\% </math>受GC影响请求占比=TN∗(GC时间+接口响应时间)=600006∗(17+2.6)=0.196%

即有0.196%的请求收到GC时间0-17ms不等的影响。其中收到GC停顿完整影响的请求占比：

<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> 受 G C 完整影响请求占比 = N ∗ ( 接口响应时间 ) T = 6 ∗ 2.6 60000 = 0.026 % 受GC完整影响请求占比 = \frac{N * \left (接口响应时间 \right ) }{T} = \frac{6 * 2.6}{60000} = 0.026\% </math>受GC完整影响请求占比=TN∗(接口响应时间)=600006∗2.6=0.026%

即其中有0.026%的请求受到完整的GC停顿时间影响，即耗时增加17ms，可以大致理解为请求响应的9999线会因GC停顿而导致17ms的上涨。

根据ZGC的STW的耗时在毫秒甚至亚毫秒级别，因此理论上升级后服务的9999线可以降低17ms左右。在实际生产中，还会有Full GC的影响，会带来耗时的进一步提升，ZGC在该部分可以避免Full GC带来的影响。

服务升级采用的是Tomcat 9+JDK 17的配置，录制线上流量进行压测，使用同样的流量对先前采用CMS垃圾回收的以及采用ZGC垃圾回收方式的同时进行压测。服务器配置均为8C16G，800QPS的压测，通过2h左右的压测，

分析接口耗时统计：可得到以下数据，发现耗时均有明显下降，9999线的下降量低于理论的17ms，由于实际环境中其他因素的影响也基本符合预期。

分析CPU和JVM占用情况：CPU和JVM占用情况发现，CPU占用在峰值处会提升10%左右，JVM占用情况基本一致。

2.4 ZGC实现原理简介

更多详情，可参考《新一代垃圾回收器ZGC的探索与实践》一文。

2.4.1 CMS与G1停顿时间瓶颈

在介绍ZGC之前，首先回顾一下CMS和G1的GC过程以及停顿时间的瓶颈。CMS新生代的Young GC、G1和ZGC都基于标记-复制算法，但算法具体实现的不同就导致了巨大的性能差异。

标记-复制算法应用在CMS新生代（ParNew是CMS默认的新生代垃圾回收器）和G1垃圾回收器中。标记-复制算法可以分为三个阶段：

  • 标记阶段，即从GC Roots集合开始，标记活跃对象；
  • 转移阶段，即把活跃对象复制到新的内存地址上；
  • 重定位阶段，因为转移导致对象的地址发生了变化，在重定位阶段，所有指向对象旧地址的指针都要调整到对象新的地址上。

下面以G1为例，通过G1中标记-复制算法过程（G1的Young GC和Mixed GC均采用该算法），分析G1停顿耗时的主要瓶颈。G1垃圾回收周期如下图所示：

G1的混合回收过程可以分为标记阶段、清理阶段和复制阶段：

标记阶段停顿分析

  • 初始标记阶段：初始标记阶段是指从根节点（GC Roots）出发标记全部直接子节点的过程，该阶段是STW的。由于GC Roots数量不多，通常该阶段耗时非常短。
  • 并发标记阶段：并发标记阶段是指从GC Roots开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活对象。该阶段是并发的，即应用线程和GC线程可以同时活动。并发标记耗时相对长很多，但因为不是STW，所以我们不太关心该阶段耗时的长短。
  • 再标记阶段：重新标记那些在并发标记阶段发生变化的对象。该阶段是STW的。

清理阶段停顿分析

  • 清理阶段清点出有存活对象的分区和没有存活对象的分区，该阶段不会清理垃圾对象，也不会执行存活对象的复制。该阶段是STW的。

复制阶段停顿分析

  • 复制算法中的转移阶段需要分配新内存和复制对象的成员变量。转移阶段是STW的，其中内存分配通常耗时非常短，但对象成员变量的复制耗时有可能较长，这是因为复制耗时与存活对象数量与对象复杂度成正比。对象越复杂，复制耗时越长。

四个STW过程中，初始标记因为只标记GC Roots，耗时较短。再标记因为对象数少，耗时也较短。清理阶段因为内存分区数量少，耗时也较短。转移阶段要处理所有存活的对象，耗时会较长。因此，G1停顿时间的瓶颈主要是标记-复制中的转移阶段STW。为什么转移阶段不能和标记阶段一样并发执行呢？主要是G1未能解决转移过程中准确定位对象地址的问题。

2.4.2 ZGC原理

与CMS中的ParNew和G1类似，ZGC也采用标记-复制算法，不过ZGC对该算法做了重大改进：ZGC在标记、转移和重定位阶段几乎都是并发的，这是ZGC实现停顿时间小于10ms目标的最关键原因。

ZGC垃圾回收周期如下图所示：

ZGC只有三个STW阶段：初始标记，再标记，初始转移。其中，初始标记和初始转移分别都只需要扫描所有GC Roots，其处理时间和GC Roots的数量成正比，一般情况耗时非常短；再标记阶段STW时间很短，最多1ms，超过1ms则再次进入并发标记阶段。即，ZGC几乎所有暂停都只依赖于GC Roots集合大小，停顿时间不会随着堆的大小或者活跃对象的大小而增加。与ZGC对比，G1的转移阶段完全STW的，且停顿时间随存活对象的大小增加而增加。

2.4.3 主要特点

  • 单代：ZGC没有分代，基于"大部分对象朝生夕死"的假设，没有Young GC的概念（这里仅指JDK 17，JDK 21支持分代回收，性能更高）。
  • 基于Region： G1的每个Region大小是完全一样的，而ZGC的Region更灵活，其中大型Region大小不固定,可以动态变化，也不会被重分配，因为复制一个大对象代价太高。
  • 部分压缩： 基于Region，"标记-整理"，相对CMS压缩时间更短。
  • 支持NUMA： 对应有UMA，每个CPU对应有一块内存，每个CPU优先访问这块内存。
  • 染色指针

以前的垃圾回收器的GC信息都保存在对象头中，ZGC将GC 信息保存在了染色指针上,无需进行对象访问就可以获得GC 信息。这就是ZGC在标记和转移阶段速度更快的原因。Marked0、Marked1和Remapped这三个虚拟内存作为ZGC的三个视图空间，在同一个时间点内只能有一个有效。ZGC就是通过这三个视图空间的切换，来完成并发的垃圾回收。

  • 读屏障

读屏障，在标记和移动对象的阶段，每次从堆里对象的引用类型中读取一个指针的时候，都需要加上一个Load Barriers。用于确定对象的引用地址是否满足条件，并作出相应动作。

3. JDK 17升级实践过程

主要分为三个阶段：安装部署、解决兼容性问题、性能测试与参数优化。

如果公司的中间件大部分基于JDK 8，工程代码编译可以基于JDK 8，运行环境使用JDK 17。

3.1 安装与兼容性问题

1.主要的问题举例

JVM运行的报错信息：module java.base does not "opens java.util.concurrent.locks" to unnamed module

php 复制代码 
[ERROR] main JsonUtil Json parse failed
java.lang.reflect.InaccessibleObjectException: Unable to make field private final java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock$ReadLock java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.readerLock accessible: module java.base does not "opens java.util.concurrent.locks" to unnamed module @1ba9117e
	at java.base/java.lang.reflect.AccessibleObject.checkCanSetAccessible(AccessibleObject.java:354)
	at java.base/java.lang.reflect.AccessibleObject.checkCanSetAccessible(AccessibleObject.java:297)
	at java.base/java.lang.reflect.Field.checkCanSetAccessible(Field.java:178)
	at java.base/java.lang.reflect.Field.setAccessible(Field.java:172)
	at com.fasterxml.jackson.databind.util.ClassUtil.checkAndFixAccess(ClassUtil.java:939)
	at com.fasterxml.jackson.databind.deser.impl.FieldProperty.fixAccess(FieldProperty.java:104)

2.原因：JDK9之后Java API使用了模块化设计方案，用户模块无法反射调用Java代码，需要使用开启对应模块访问权限（没有引入新的安全问题，相当于没有用模块隔离的功能）。

3.解决方式：　JVM参数增加如下：

css 复制代码 
--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.io=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.math=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.net=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.nio=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.security=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.text=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.time=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util.concurrent=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util.concurrent.locks=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util.concurrent.atomic=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/jdk.internal.access=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/jdk.internal.misc=ALL-UNNAMED

其他软件等兼容性问题，根据自身服务报错，对应解决问题。

3.2 性能压测

  • 基准： JDK 8+CMS
  • 压测：实验组和对照组压测后重启避免性能优化为结果影响并取平均值
  • 指标监控： 峰值CPU、平均CPU、TP9999、报错数量、GC总时间和次数、JVM堆内存和元空间变化等
  • 其他：性能火焰图

3.3 JVM参数

  • -Xmx18g -Xms18g 堆大小
  • -XX:MaxDirectMemorySize=2G 直接内存
  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 当JVM发生OOM时，自动生成DUMP文件。
  • -XX:ReservedCodeCacheSize=256m -XX:InitialCodeCacheSize=256m 设置codecache大小 默认128m
  • -XX:+UseZGC 使用ZGC
  • -XX:ZAllocationSpikeTolerance=2 ZGC触发自适应算法的修正系数，默认2，数值越大，越早的触发ZGC
  • -XX:ZCollectionInterval=0 ZGC的周期。默认值为0，表示不需要触发垃圾回收。固定周期垃圾回收。ZGC发生的最小时间间隔，单位秒
  • -XX:ConcGCThreads=4 并发阶段的GC线程数，默认是总核数的12.5%
  • -XX:ZStatisticsInterval=10 控制统计信息输出的间隔，默认10s
  • -XX:ParallelGCThreads=16 并行工作线程数据，STW阶段使用线程数，默认是总核数的60%
  • -Xlog:safepoint,classhisto*=trace,age*,gc*=info:file=/opt/logs/logs/gc-%t.log:time,tid,tags:filecount=5,filesize=50m' 设置GC日志中的内容、格式、位置以及每个日志的大小

本服务prod机器16c，16g成功运行起来的JVM参数（还在调整中，仅供参考）：

ruby 复制代码 
-server -Xmx12g -Xms12g -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+UseZGC -XX:+UseDynamicNumberOfGCThreads -XX:ConcGCThreads=3 -XX:ParallelGCThreads=8 -XX:ZCollectionInterval=130 -XX:ZAllocationSpikeTolerance=1 -XX:MaxDirectMemorySize=460m -XX:MetaspaceSize=330m -XX:MaxMetaspaceSize=330m -XX:ReservedCodeCacheSize=256m -XX:InitialCodeCacheSize=256m -XX:+UseCountedLoopSafepoints -XX:+SafepointTimeout -XX:SafepointTimeoutDelay=500 -XX:GuaranteedSafepointInterval=0 -XX:+DisableExplicitGC -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:ZStatisticsInterval=130 -XX:+PrintGCDetails -Xlog:safepoint,class+load=info,class+unload=info,classhisto*=trace,age*,gc*=info:file=/opt/logs/logs/gc-%t.log:time,tid,tags:filecount=5,filesize=50m --add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.io=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.math=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.net=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.nio=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.security=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.text=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.time=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util.concurrent=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util.concurrent.locks=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.util.concurrent.atomic=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/jdk.internal.access=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/jdk.internal.misc=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/sun.reflect.generics.reflectiveObjects=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/jdk.internal.perf=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/java.instrument=ALL-UNNAMED --add-opens jdk.attach/sun.tools.attach=ALL-UNNAMED

4. 总结

  • ZGC作为新一代垃圾回收器，各项性能指标都比较突出，升级之后，机器成本和性能收益明显；
  • Spring AI SDK支持的JDK版本最小为17，升级到JDK 17能更好地拥抱AI新技术；
  • 直接从JDK 8升级到JDK 17跨度较大，需要解决的兼容性问题较多，如果公司的基础组件不支持JDK 17，可以考虑先升级到JDK 11做一个过渡；
  • 如果在升级与实践的过程中遇到了一些问题，可以结合AI大模型来给出解决方案，帮助提高升级效率。

注释

  • 1\] [语言特性](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fdocs.oracle.com%2Fen%2Fjava%2Fjavase%2F17%2Flanguage%2Fjava-language-changes-summary.html "https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/language/java-language-changes-summary.html")

  • 3\] [进程相关API](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fdocs.oracle.com%2Fen%2Fjava%2Fjavase%2F17%2Fcore%2Fprocess-api1.html "https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/core/process-api1.html")

  • 5\] TP999：指的是OctoService.TP999

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