JVM 从入门到放弃之 ZGC 垃圾收集器("JVM进阶之旅：从入门到精通ZGC垃圾收集器")

原创

ithorizon 6个月前 (10-21) 阅读数 38 #后端开发

JVM进阶之旅：从入门到精通ZGC垃圾收集器

一、前言

Java虚拟机（JVM）是Java程序运行的基础，垃圾收集器（GC）是JVM的核心组成部分之一。随着Java应用的日益复杂化，对垃圾收集器的性能要求也越来越高。ZGC（Z Garbage Collector）是JDK 11引入的一种新型垃圾收集器，旨在满足低延迟、高吞吐量的需求。本文将带你从入门到精通ZGC垃圾收集器。

二、ZGC概述

ZGC是一种基于Region的垃圾收集器，它通过将堆内存划分为多个Region来实现高效的内存管理。ZGC的重点目标是降低停顿时间，同时保持较高的吞吐量。ZGC在以下场景中具有优势：

大堆内存应用（如：超过4GB）

低延迟需求（如：小于10ms的停顿时间）

高吞吐量需求（如：大致有或接近CPU的极限性能）

三、ZGC核心原理

ZGC的核心原理可以分为以下几个部分：

1. Region划分

Region是ZGC中的基本单元，每个Region具有固定的大小。堆内存被划分为多个Region，每个Region包含一组对象。当Region空间不足时，会触发垃圾收集。

2. 根扫描

根扫描是ZGC的第一阶段，它会遍历所有根对象，并标记它们为存活。根对象包括：全局变量、静态变量、常量、线程栈中的局部变量等。

3. 并发标记

并发标记是ZGC的第二阶段，它会遍历所有存活对象，并标记它们的子孙对象为存活。这个阶段是并发进行的，不会触发停顿。

4. 延迟回收

延迟回收是ZGC的第三阶段，它会选用存活对象的年龄，决定是否进行回收。对于存活时间较长的对象，会延迟回收，以降低停顿时间。

5. 线程合并

线程合并是ZGC的第四阶段，它会将多个Region的存活对象合并到一个Region中，以便进行压缩。这个阶段也是并发进行的，不会触发停顿。

四、ZGC参数配置

ZGC提供了丰盈的参数配置，以满足不同应用的需求。以下是一些常用的ZGC参数：

# 开启ZGC

-XX:+UseZGC

# 设置Region大小

-XX:ZGCRegionSize=32M

# 设置存活对象年龄阈值

-XX:ZGCTenantThreshold=5

# 设置并发线程数

-XX:ZGCCPUFraction=0.5

# 设置堆内存大小

-Xmx4G

-Xms4G

五、ZGC性能调优

在实践过程中，我们需要选用应用的实际情况对ZGC进行性能调优。以下是一些常用的调优方法：

1. Region大小

Region大小是ZGC中最重要的参数之一。过大的Region会引起内存碎片，过小的Region会增长垃圾收集的频率。一般来说，Region大小设置为堆内存的1/8到1/4之间比较合适。

2. 并发线程数

并发线程数决定了垃圾收集的并发度。过多或过少的并发线程都会影响垃圾收集的性能。一般来说，并发线程数设置为CPU核心数的1/2到1/4之间比较合适。

3. 存活对象年龄阈值

存活对象年龄阈值决定了存活对象的回收时机。过小的阈值会引起频繁的垃圾收集，过大的阈值会引起内存碎片。一般来说，存活对象年龄阈值设置为5到10之间比较合适。

六、ZGC实战案例

以下是一个使用ZGC的实战案例，我们将通过这个案例来展示ZGC的性能优势。

案例背景

假设我们有一个大型Java应用，堆内存设置为4GB，CPU核心数为8。在之前的垃圾收集器（如：CMS、G1）下，应用的停顿时间较长，影响了用户体验。

案例实现

我们将使用ZGC对应用进行优化，以下是最基本的ZGC参数配置：


-XX:+UseZGC
-XX:ZGCRegionSize=512M
-XX:ZGCTenantThreshold=5
-XX:ZGCCPUFraction=0.5
-Xmx4G
-Xms4G

在应用启动后，我们可以观察ZGC的运行情况。以下是一个ZGC的日志片段：


[0.001s][info][gc] Using G1
[0.001s][info][gc] Version: 17.0.1 (11) (Jul 28 2021 00:00:00 +0000)
[0.001s][info][gc] CPU: 8xIntel(R) Core(TM) i7-8550U CPU @ 1.80GHz
[0.001s][info][gc] Memory: 4G
[0.001s][info][gc] ZGC: enabled
[0.001s][info][gc] ZGC: concurrent marking started
[0.002s][info][gc] ZGC: concurrent marking done
[0.002s][info][gc] ZGC: concurrent copying started
[0.003s][info][gc] ZGC: concurrent copying done
[0.003s][info][gc] ZGC: concurrent processing started
[0.004s][info][gc] ZGC: concurrent processing done
[0.004s][info][gc] ZGC: pause for concurrent processing 0.004ms

从日志中可以看出，ZGC的并发标记、并发复制和并发处理阶段都是并发进行的，没有触发停顿。同时，ZGC的停顿时间非常短，仅为0.004ms。