JDK 25隐藏的ZGC宝藏究竟有多强大？低延迟垃圾回收颠覆你的认知

一、开篇：ZGC——JDK 世界的隐藏宝藏

JDK 25 已经发布，这个消息在 Java 开发者的圈子里，就像一颗投入平静湖面的石子，激起了层层涟漪。每一次 JDK 的更新，都像是给 Java 这台强大的编程机器注入了新的能量，带来了新的特性和优化，让开发者们能够更高效、更强大地构建各种应用程序。

在众多令人期待的新特性中，ZGC（Z Garbage Collector）绝对是一颗耀眼的明星 。它是 Java 11 中引入的一款可伸缩低延迟垃圾收集器，自诞生以来，就凭借其独特的设计和卓越的性能，成为 Java 垃圾回收领域的焦点，在云计算、大数据处理等对内存管理要求极高的场景中，发挥着越来越重要的作用 。

然而，让人惊讶的是，还有很多 Java 开发者对 ZGC 了解甚少，依旧在使用传统的垃圾回收器，错过 ZGC 带来的性能飞跃。在这篇文章中，我将带大家深入探索 ZGC 的世界，揭开它神秘的面纱，看看它是如何在 JDK 的舞台上大放异彩的。

二、ZGC 是什么

ZGC，即 Z Garbage Collector，是 Oracle 在 Java 11 中引入的一款具有革命性的低延迟垃圾收集器 。它的出现，打破了传统垃圾回收器在延迟和内存管理上的局限，为 Java 应用程序带来了前所未有的性能提升 。

ZGC 的设计目标非常明确，就是要在尽可能短的时间内完成垃圾回收，将垃圾回收的停顿时间控制在 10 毫秒以内，即使面对 TB 级别的超大堆内存，也能保持极低的延迟 。这对于那些对响应时间极为敏感的应用程序，如金融交易系统、实时数据分析平台、在线游戏等，具有至关重要的意义。在这些场景中，哪怕是短暂的停顿，都可能导致严重的后果，如交易失败、数据处理延迟、玩家游戏体验下降等。

为了实现这一目标，ZGC 采用了一系列创新的技术和设计理念，包括并发处理、基于 Region 的内存布局、着色指针等，这些技术的协同工作，使得 ZGC 能够在不显著影响应用程序性能的前提下，高效地完成垃圾回收任务 。

三、ZGC 核心原理大揭秘

（一）着色指针

ZGC 的着色指针技术，是其实现高效垃圾回收的关键之一。在 64 位系统中，指针通常占用 64 位空间，但实际上，大部分应用程序所使用的内存远远小于指针所能表示的范围，这就导致指针的高位存在大量未使用的位 。ZGC 巧妙地利用了这一特性，将指针的高 18 位（不同版本可能略有差异）用于存储标记信息，这些信息包括对象是否存活、是否被移动等，使得 ZGC 无需额外的元数据存储区域，就能获取对象的关键状态 。

例如，假设我们有一个对象 A，其地址为 0x00007f8c65000000，在传统的垃圾回收机制中，我们需要额外的内存区域来存储对象 A 的存活状态等元数据。而在 ZGC 中，通过着色指针，我们可以直接在地址的高位部分存储这些信息，假设将对象 A 标记为存活，那么其着色指针可能变为 0x00017f8c65000000，其中高 18 位中的某几位被用于表示存活状态 。

这种机制带来了诸多优势，它避免了传统 GC 中复杂的 “卡片标记”“记忆集” 等元数据存储和管理机制，大大减少了内存开销和操作耗时，使得 ZGC 在处理大规模内存时，能够更加高效地进行垃圾回收 。

（二）读屏障

读屏障是 ZGC 中另一个重要的技术。当应用线程读取对象引用时，读屏障就会发挥作用。它会检查指针的 “颜色”，也就是前面提到的标记信息 。如果发现对象已经被移动，读屏障会及时进行指针修复，将引用更新至对象的新地址 。

举个例子，假设有一个链表结构，其中节点 A 引用节点 B，在垃圾回收过程中，节点 B 被移动到了新的内存位置。如果没有读屏障，应用线程在访问节点 A 引用的节点 B 时，可能会访问到旧地址，从而导致错误。而有了读屏障，当应用线程读取节点 A 引用的节点 B 时，读屏障会检查到节点 B 的指针标记信息，发现其已被移动，于是会将指针更新为节点 B 的新地址，确保应用线程能够访问到正确的对象 。

读屏障的存在，使得 ZGC 能够实现 GC 线程与应用线程的完全并发，在不停止应用线程的情况下，安全地移动对象，大大提高了垃圾回收的效率和应用程序的响应性 。虽然读屏障会带来轻微的 CPU 消耗，通常在 1%-3%，但与传统 GC 的停顿成本相比，这几乎可以忽略不计 。

（三）并发处理全阶段

ZGC 的核心 GC 过程几乎全在并发阶段完成，这是它实现低延迟的关键所在 。整个过程主要包括以下几个阶段：

通过这种全阶段并发的处理方式，ZGC 能够在不显著影响应用程序性能的前提下，高效地完成垃圾回收任务，将垃圾回收的停顿时间控制在极低的水平 。

（四）区域化内存管理

ZGC 将堆内存划分为多个大小可变的区域（Region），每个 Region 的大小可以在 1MB 到 4GB 之间动态调整 。根据对象大小的不同，ZGC 会将小对象、大对象和巨型对象分配到不同的区域，便于针对性地进行回收 。

比如，对于小于 256KB 的小对象，会分配到较小的 Region 中；而对于大于 4MB 的大对象或巨型对象，则会分配到较大的 Region 。这种区域化的内存管理方式，使得 ZGC 在回收时可以只处理部分区域，而不是整个堆内存，大大提升了回收效率 。同时，由于 Region 的大小可以根据需要动态调整，也减少了内存碎片的产生，提高了内存的利用率 。

（五）分代支持

从 Java 15 起，ZGC 引入了分代机制（Generational ZGC） 。分代的依据是对象的存活时间，将对象分为 “年轻代” 和 “老年代” 。年轻代对象的特点是生命周期短，大部分对象在创建后很快就不再被使用，即所谓的 “朝生夕死”，因此年轻代的回收频率较高 。通过快速回收年轻代，可以及时释放大量不再使用的内存，减少整体的 GC 压力 。而老年代对象则是那些存活时间较长的对象，回收频率相对较低，ZGC 会专注于对这些长期存活对象的管理 。

例如，在一个 Web 应用程序中，大量的请求处理过程中会创建很多临时对象，这些对象通常会在年轻代中分配和回收。而一些长期存在的数据库连接对象、缓存对象等，则会进入老年代 。分代机制使得 ZGC 能够根据不同代对象的特点，采用不同的回收策略，进一步提高了垃圾回收的效率和性能 。

四、ZGC 使用指南

（一）启用条件

要启用 ZGC，首先需要满足一定的环境要求。在 JDK 版本方面，需要 Java 11 及以上版本，其中 Java 17 + 为稳定版，强烈推荐使用 。这是因为随着 JDK 版本的不断更新，ZGC 在性能、稳定性和功能特性上都得到了持续的优化和改进。例如，在 Java 15 中引入了分代 ZGC，进一步提升了垃圾回收的效率；在 Java 17 中，ZGC 的性能和稳定性得到了更充分的验证，适用于更多的生产环境 。

在操作系统方面，目前 ZGC 支持 64 位的 Linux 系统，从 Java 16 开始支持 Windows 系统，在 ARM 架构下的 Java 17 + 版本支持 macOS 系统 。这使得 ZGC 能够在不同的操作系统平台上为开发者提供低延迟的垃圾回收服务，满足多样化的应用场景需求 。

（二）核心 JVM 参数

在启用 ZGC 时，需要设置一些核心的 JVM 参数，以确保 ZGC 能够正常工作并发挥最佳性能 。

（三）其他调优参数

除了核心参数外，还有一些其他的调优参数，可以根据具体的应用场景和需求进行调整 。

五、ZGC 的优势与劣势

（一）优势尽显

（二）劣势剖析

六、ZGC 适用场景分析

（一）推荐场景

（二）不推荐场景

七、总结与展望

ZGC 作为 JDK 生态中的一款革命性垃圾回收器，以其卓越的低延迟、强大的大堆支持能力、高效的并发处理机制、出色的内存碎片管理和简单的调优方式，为现代 Java 应用程序带来了前所未有的性能提升 。它在金融交易、实时数据分析、大型分布式服务等场景中展现出了巨大的优势，成为了这些对内存管理和响应时间要求极高的应用的理想选择 。

当然，ZGC 也并非完美无缺，在小堆场景、吞吐量优先的应用以及对 CPU 资源极度敏感的应用中，它可能不是最佳的选择 。但随着 JDK 版本的不断更新和优化，ZGC 的性能和稳定性也在持续提升，相信在未来，它将能够克服这些不足，为更多的应用场景提供高效的内存管理服务 。

如果你还在使用传统的垃圾回收器，不妨在合适的项目中尝试使用 ZGC，亲身体验它带来的性能飞跃 。同时，也让我们共同关注 ZGC 的未来发展，期待它在 JDK 的舞台上创造更多的辉煌 。