Java ZGC垃圾回收器，了解不？

Posted 2021-03-29 Java资料站

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一：ZGC介绍

ZGC 是最新的 JDK1.11 版本中提供的高效垃圾回收算法，ZGC 针对大堆内存设计可以支持 TB 级别的堆，ZGC 非常高效，能够做到 10ms 以下的回收停顿时间。

ZGC实现的依赖技术：

1、着色指针

着色指针是一种将信息存储在指针（或使用Java术语引用）中的技术。因为在64位平台上（ZGC仅支持64位平台），指针可以处理更多的内存，因此可以使用一些位来存储状态。ZGC将限制最大支持4Tb堆（42-bits），那么会剩下22位可用，它目前使用了4位：finalizable， remap， mark0和mark1。

inalizable 位：仅 finalizer（类比 c++ 中的析构函数）可访问；

marked0 && marked1 位：用于标志可达对象；

这 4 个标志位，同一时刻只会有 1 个位置是 1。每当指针对应的内存数据发生变化，比如内存被移动，颜色会发生变化。

2、读屏障

传统 GC 做标记时，为了防止其它线程在标记期间修改对象，通常会简单的 STW。而 ZGC 有了 Colored Pointer 后，引入了所谓的读屏障，当指针引用的内存正被移动时，指针上的颜色就会变化，ZGC 会先把指针更新成最新状态，然后再返回。（大家可以回想下 java 中的 volatile 关键字，有异曲同工之妙），这样仅读取该指针时可能会略有开销，而不用将整个 heap STW。

3、动态调整大小的 Region

虽然也利用了Region的概念，但是没有进行分代。G1 中每个 Region 需要借助额外的 Remembered Set 来记录“谁引用了我”，占用了额外的内存空间，每次对象移动时，RSets 也需要更新，会产生开销。而且ZGC 的 Region 不像 G1 那样是固定大小，而是动态地决定 Region 的大小，Region 可以动态创建和销毁。这样可以更好的对大对象进行分配管理。

4、重定位

如上图，在标记过程中，先从 Roots 对象找到了直接关联的下级对象 1，2，4。

然后继续向下层标记，找到了 5，8 对象， 此时已经可以判定 3，6，7 为垃圾对象。

如果按常规思路，一般会将 8 从最右侧的 Region 移动或复制到中间的 Region，然后再将中间 Region 的 3 干掉，最后再对中间 Region 做压缩 compact 整理。但 ZGC 做得更高明，它直接将 4，5 复制到了一个空的新 Region 就完事了，然后中间的 2 个 Region 直接废弃，或理解为“释放”，做为下次回收的“新”Region。这样的好处是避免了中间 Region 的 compact 整理过程。

最后，指针重新调整为正确的指向（即：remap），而且上一阶段的 remap 与下一阶段的 mark 是混在一起处理的，相对更高效。

二：ZGC 回收过程

开始进行回收时，ZGC 首先会进行一个短暂的 STW，来进行 roots 标记。这个步骤非常短，因为 roots 的总数通常比较小。

然后就开始进行并发标记，如上图所示，通过对对象指针进行着色来进行标记，结合读屏障解决单个对象的并发问题。其实，这个阶段在最后还是会有一个非常短的 STW 停顿，用来处理一些边缘情况，这个阶段绝大部分时间是并发进行的，所以没有明显标出这个停顿。

下一个是清理阶段，这个阶段会把标记为不在使用的对象进行回收，如上图所示，把橘色的不在使用的对象进行了回收。

最后一个阶段是重定位，重定位就是对 GC 后存活的对象进行移动，来释放大块的内存空间，解决碎片问题。

重定位最开始会有一个短暂的 STW，用来重定位集合中的 root 对象。暂停时间取决于 root 的数量、重定位集与对象的总活动集的比率。

最后是并发重定位，这个过程也是通过读屏障，与应用线程并发进行的。

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