JVM ZGC

什么是 ZGC

ZGC 是一种可扩展的低延迟垃圾回收器，GC 过程中 STW 不超过一毫秒，适合需要低延迟的应用，支持几百 MB 到16 TB 的堆大小，并且对大小对 STW 时间没有影响

配置 ZGC

# 分代 ZGC
-XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational

# 非分代 ZGC -> 不区分年轻代、老年代
-XX:+UseZGC

配置参数

ZGC 在设计上做到了自适应，可以根据运行情况自动配置参数，让用户手动配置的参数最少化

无需设置

1. 自动设置年轻代大小
2. 自动晋升阈值
3. 自动并行线程数

可选设置

-Xmx: 设置最大堆内存

-XX:SoftMaxHeapSize: ZGC 尽量保证堆内存小于该值，当堆内存靠近该值后会尽快进行垃圾回收，但是仍然有可能超过该值

内存划分

ZGC 将内存划分了很多区域，这些区域称之为 ZPAGE

1. 小区域，2M，只保存 256 KB 内的对象
2. 中区域，32 M，保存 256 KB ～ 4M 的对象
3. 大区域，只保存一个大于 4M 的对象

回收过程

1. 初始标记，STW，标记 GC Roots 直连
2. 并发标记，遍历所有对象，标记可以达到的对象，用户线程也会帮忙标记
3. 标记结束，STW
4. 并发处理，处理软、弱等引用、清理空区域（ZPAGE）
5. 转移开始，STW，转移 GC Roots 直连对象
6. 并发转移、并发重映射：将剩余存活对象（非 GC Roots 直连）转移到新区域中，并重新建立引用关系

为什么 G1 转移过程需要 STW

G1 在转移过程中，修改了对象的引用之前执行了 A.c.count = 2，此时更改的是转移前对象的属性

之后修改对象引用，会发现新引用的对象的 A.c.count = 1

ZGC 并发转移的原理

ZGC 通过读屏障实现转移后对象的获取，获取一个对象时，会触发读后的屏障指令，如果对象指向的不是转移后的对象，用户现场会将引用指向转移后的对象

着色指针

访问对象引用其实是访问对象的内存地址，64 位操作系统中， 8 字节的内存地址会有多余字段，着色指针就利用了多余字段存储状态信息

染色指针将 8 字节的内存地址拆分为了三部分：

1. 最低的 44 位，表示对象的内存地址
2. 中间 4 位是颜色位，每一位只能存放 0 或者 1，并且同一时间只有其中一位是 1
   1. 终结位，只能通过终结器访问
   2. 重映射位，转移完之后，对象的引用关系已经变更
   3. Marked0 和 Marked1，标记可达对象
3. 剩余 16 位没有使用

初始标记

STW，将 GC Roots 直连对象的 Marked0 置为 1，同时将直连对象标记为存活

并发标记

遍历所有对象，标记每一个对象是否存活，用户线程使用读屏障，如果发现对象没有完成标记也会帮忙完成标记

并发处理

选择需要转移的 ZPAGE，并创建转移表，用于记录转移前对象和转移后对象地址

转移开始

转移 GC Roots 直连对象，并将转移的对象 Remmaped 值设置成 1，避免重复进行判断

并发转移

将剩余的存活对象转移到新 Page 中，转移后将对象的新旧地址存储到映射表中，并将新对象的 Remapped 设置为 1

转移完成后将转移前的 ZPage 进行清空，保留映射表

此时如果线程访问了 4~ 的 5 对象但是 5 已经被转移到 5~ 了，访问线程就会通过转移映射表将指向 5 的指针改为指向 5~，并将颜色改为

并发转移结束之后，这一轮的垃圾回收就结束了，ZGC 不会处理本次转移的所有指针的重映射，等到下一次 GC 时的并发标记阶段进行处理