一个超乎想象的垃圾收集器：ZGC

来源：占小狼的博客

Z Garbage Collector，即ZGC，是一个可伸缩的、低延迟的垃圾收集器，主要为了满足如下目标进行设计：

• 停顿时间不会超过10ms

• 停顿时间不会随着堆的增大而增大（不管多大的堆都能保持在10ms以下）

• 可支持几百M，甚至几T的堆大小（最大支持4T）

停顿时间在10ms以下，10ms其实是一个很保守的数据，在SPECjbb 2015基准测试，128G的大堆下最大停顿时间才1.68ms，远低于10ms，和G1算法相比，也感觉像是在虐菜。

G1算法通过只回收部分Region，避免了全堆扫描，改善了大堆下的停顿时间，但在普通大小的堆里却表现平平，ZGC为什么可以这么优秀，主要是因为以下几个特性。

Concurrent

ZGC只有短暂的STW，大部分的过程都是和应用线程并发执行，比如最耗时的并发标记和并发移动过程。

Region-based

ZGC中没有新生代和老年代的概念，只有一块一块的内存区域page，以page单位进行对象的分配和回收。

Compacting

每次进行GC时，都会对page进行压缩操作，所以完全避免了CMS算法中的碎片化问题。

NUMA-aware

现在多CPU插槽的服务器都是Numa架构，比如两颗CPU插槽(24核)，64G内存的服务器，那其中一颗CPU上的12个核，访问从属于它的32G本地内存，要比访问另外32G远端内存要快得多。

ZGC默认支持NUMA架构，在创建对象时，根据当前线程在哪个CPU执行，优先在靠近这个CPU的内存进行分配，这样可以显著的提高性能，在SPEC JBB 2005 基准测试里获得40%的提升。

Using colored pointers

和以往的标记算法比较不同，CMS和G1会在对象的对象头进行标记，而ZGC是标记对象的指针。

其中低42位对象的地址，42-45位用来做指标标记。

Using load barriers

因为在标记和移动过程中，GC线程和应用线程是并发执行的，所以存在这种情况：对象A内部的引用所指的对象B在标记或者移动状态，为了保证应用线程拿到的B对象是对的，那么在读取B的指针时会经过一个 “load barriers” 读屏障，这个屏障可以保证在执行GC时，数据读取的正确性。

一些变化

JDK11

• ZGC的最初版本

• 不支持类卸载class unloading (使用 -XX:+ClassUnloading 没有效果)

JDK12

• 进一步减少停顿时间

• 支持类卸载功能

平台支持

ZGC目前只在Linux/x64上可用，如果有足够的需求，将来可能会增加对其他平台的支持。

对的，目前只支持64位的linux系统，狼哥在mac跑了半天都是下面的错！

如何编译

1. $ hg clone https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk

2. $ cd jdk

3. $ sh configure

4. $ make images

如果正在编译的版本是 11.0.0, 11.0.1 or 11.0.2，必须加上配置参数 --with-jvm-features=zgc开启ZGC的编译，在11.0.3或者12之后，可以忽略这个参数，已经默认支持。

编译结束之后，你会得到一个完整的JDK。在Linux中，可以在下面目录中找到

1. ./build/linux-x86_64-normal-server-release/images/jdk

可以进入bin文件夹，执行 ./java-version 验证一下。

如何使用

编译完成之后，已经迫不及待的想试试ZGC，需要配置以下JVM参数。

1. -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -Xmx10g -Xlog:gc

参数说明：

Heap Size

通过 -Xmx10g进行设置。 -Xmx是ZGC收集器中最重要的调优选项，大大解决了程序员在JVM参数调优上的困扰。ZGC是一个并发收集器，必须要设置一个最大堆的大小，应用需要多大的堆，主要有下面几个考量：

• 对象的分配速率，要保证在GC的时候，堆中有足够的内存分配新对象

• 一般来说，给ZGC的内存越多越好，但是也不能浪费内存，所以要找到一个平衡。

Concurrent GC Threads

通过 -XX:ConcGCThread=4进行设置。 并发执行的GC线程数，如果没有设置，在JVM启动的时候会根据CPU的核数计算出一个合理的数量，默认是核数的12.5%，但是根据应用的特性，可以通过手动设置调整。

因为在并发标记和并发移动时，GC线程和应用线程是并发执行的，所以存在抢占CPU的情况，对于一些对延迟比较敏感的应用，这个并发线程数就不能设置的过大，不然会降低应用的吞吐量，并有可能增加应用的延迟，因为GC线程占用了太多的CPU，但是如果设置的太小，就有可能对象的分配速率比垃圾收集的速率来的大，最终导致应用线程停下来等GC线程完成垃圾收集，并释放内存。

一般来说，如果低延迟对应用程序很重要，那么不要这个值不要设置的过于大，理想情况下，系统的CPU利用率不应该超过70%。

Parallel GC Threads

通过 -XX:ParallelGCThreads=20当对GC Roots进行标记和移动时，需要进行STW，这个过程会使用ParallelGCThreads个GC线程进行并行执行。

ParallelGCThreads默认为CPU核数的60%，为什么可以这么大？ 因为这个时候，应用线程已经完全停下来了，所以要用尽可能多的线程完成这部分任务，这样才能让STW尽可能的短暂。

总结

ZGC在实现上和以往的GC有很大的区别，后续会对ZGC的细节实现进行分析，对ZGC感兴趣的同学赶紧跟上，一起撸ZGC的源码。

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