新一代垃圾回收器—ZGC

目录

1、什么是ZGC

2、ZGC设计目的

3、ZGC现状

4、ZGC的核心技术

4.1 多重映射

4.2 染色指针

4.3 读屏障

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1、什么是ZGC

ZGC（The Z Garbage Collector）是JDK 11中推出的一款追求极致低延迟的实验性质的垃圾收集器。

ZGC是最近由Oracle为OpenJDK开源的新垃圾收集器。它主要由Per Liden编写。ZGC类似于Shenandoah或Azul的C4，专注于减少暂停时间的同时仍然压缩堆。

2、ZGC设计目的

ZGC的核心是一个并发垃圾回收器，其设计的目标是：

1)  停顿时间不超过10ms；

2)  停顿时间不会随着堆的大小，或者活跃对象的大小而增加；

3)  支持堆范围为8MB~4TB级别（未来支持16TB）。

总之， ZGC的目的就是在减少暂停时间的同时，仍然能压缩堆。

3、ZGC现状

基于最新的JDK15来看，“停顿时间不超过10ms”和“支持16TB的堆”这两个目标已经实现，并且官方明确指出JDK15中的ZGC不再是实验性质的垃圾收集器，而且建议投入生产了。

4、ZGC的核心技术

4.1 多重映射

先来看一个很有意思的例子。

你在你爸爸妈妈眼中是儿子，在你女朋友眼中是男朋友。在全世界人面前就是最帅的人。你还有一个名字，但名字也只是你的一个代号，并不是你本人。假如你的名字是全世界唯一的，通过“你的名字”、“你爸爸的儿子”、“你女朋友的男朋友”，“世界上最帅的人”最后定位到的都是你本人。

现在我们再来看看ZGC的内存管理。

ZGC中管理物理内存的基本单位是segment。segment默认与small page size一样，都是2MB。引入segment是为了避免频繁的申请和释放内存的系统调用，一次申请2MB，当segment空闲时，将加入空闲列表，等待之后重复使用。

ZGC为了能高效、灵活地管理内存，实现了两级内存管理：虚拟内存和物理内存，并且实现了物理内存和虚拟内存的映射关系。这和操作系统中虚拟地址和物理地址设计思路基本一致。

当应用程序创建对象时，首先在堆空间申请一个虚拟地址，ZGC同时会为该对象在Marked0、Marked1和Remapped三个视图空间分别申请一个虚拟地址，且这三个虚拟地址对应同一个物理地址。

在ZGC中这三个空间在同一时间点有且仅有一个空间有效。

为什么这么设计呢？

这就是ZGC的高明之处，利用虚拟空间换时间。

这三个空间的切换是由垃圾回收的不同阶段触发的，通过限定三个空间在同一时间点有且仅有一个空间有效高效的完成GC过程的并发操作，这个和ZGC并发处理算法有关系。ZGC并发处理算法利用全局空间视图的切换和对象地址视图的切换，结合SATB算法实现了高效的并发。

4.2 染色指针

我们都知道，之前的垃圾收集器都是把GC信息（标记信息、GC分代年龄..）存在对象头的Mark Word里。

而ZGC是这样做的：

如果某个对象是垃圾对象。就在这对象的信息里面标注这个对象是个垃圾。以后不管这个对象在哪儿使用，都知道他是个垃圾对象。

ZGC将对象信息存储在指针中，这种技术叫做——染色指针（Colored Pointer）。

在64位的机器中，对象指针是64位的。

ZGC使用64位地址空间的第0~43位存储对象地址，2^44 = 16TB，所以ZGC最大支持16TB的堆。

而第44~47位作为颜色标志位，Marked0、Marked1和Remapped代表三个视图标志位，Finalizable表示这个对象只能通过finalizer才能访问。

第48~63位固定为0没有利用。

4.3 读屏障

读屏障是JVM向应用代码插入一小段代码的技术。当应用线程从堆中读取对象引用时，就会执行这段代码。不要把这个读屏障和Java内存模型里面的读屏障搞混了，两者根本不是同一个东西，ZGC中的读屏障更像是一种AOP技术，在字节码层面或者编译代码层面给读操作增加一个额外的处理。

ZGC作为一款优秀垃圾收集器了，其借鉴了Pauseless GC，但在G1都没有普及的今天，谈论ZGC似乎为时过早。但也许我们探讨的不是ZGC，而是ZGC背后的设计思路。

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