GC算法之ZGC

详解 ZGC

ZGC 特点

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。

这么快的响应，ZGC 是如何做到的呢？这是由于 ZGC 具有以下特点。

1. ZGC 使用了着色指针技术，我们知道 64 位平台上，一个指针的可用位是 64 位，ZGC 限制最大支持 4TB 的堆，这样寻址只需要使用 42 位，那么剩下 22 位就可以用来保存额外的信息，着色指针技术就是利用指针的额外信息位，在指针上对对象做着色标记。

2. 第二个特点是使用读屏障，ZGC 使用读屏障来解决 GC 线程和应用线程可能并发修改对象状态的问题，而不是简单粗暴的通过 STW 来进行全局的锁定。使用读屏障只会在单个对象的处理上有概率被减速。

3. 由于读屏障的作用，进行垃圾回收的大部分时候都是不需要 STW 的，因此 ZGC 的大部分时间都是并发处理，也就是 ZGC 的第三个特点。

4. 第四个特点是基于 Region，这与 G1 算法一样，不过虽然也分了 Region，但是并没有进行分代。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。

5. 第五个特点是压缩整理。CMS 算法清理对象时原地回收，会存在内存碎片问题。ZGC 和 G1 一样，也会在回收后对 Region 中的对象进行移动合并，解决了碎片问题。

       虽然 ZGC 的大部分时间是并发进行的，但是还会有短暂的停顿。来看一下 ZGC 的回收过程。

ZGC 回收过程

如下图所示，使用 ZGC 算法进行回收，从上往下看。初始状态时，整个堆空间被划分为大小不等的许多 Region，即图中绿色的方块。

      

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。