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垃圾收集器G1ZGC详解

news 2025/8/4 5:33:38

G1与ZGC垃圾收集器深度解析

一、G1收集器（-XX:+UseG1GC）

核心特性

定位：面向服务器场景，支持多核处理器与大内存机器
目标：高概率满足GC停顿要求的同时保证高吞吐量
堆结构：
将Java堆划分为2048个等大小Region（默认计算方式：堆大小/2048，例：4096M堆 → 2M/Region）
保留分代概念但取消物理隔离，代区由不连续Region组成：
- Eden：默认占比年轻代80%
- Survivor：S0与S1各占10%
- Old：长期存活对象
- Humongous：专存>50% Region大小的巨型对象（避免直接进入老年代）

📊 Region动态变化：Region功能可动态切换（如年轻代Region回收后可能转为老年代）

GC过程

初始标记（STW）：标记GC Roots直接引用对象，速度快
并发标记：与用户线程并发执行
最终标记（STW）：修正并发标记阶段变动
筛选回收（STW）：
- 按回收价值排序Region
- 根据-XX:MaxGCPauseMillis（默认200ms）制定回收计划
- 采用复制算法减少内存碎片

GC分类

GC类型	触发条件	特点
YoungGC	Eden占满且预计回收时间≈`MaxGCPauseMillis`	动态扩展年轻代Region（不超过堆60%，`-XX:G1MaxNewSizePercent`调节）
MixedGC	老年代占用≥`-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent`（默认45%）	回收所有Young+部分Old+Humongous，复制算法
Full GC	MixedGC时无足够Region承载存活对象	单线程STW整理（Shenandoah已优化为多线程）

调优参数

-XX:+UseG1GC                          # 启用G1
-XX:MaxGCPauseMillis=200              # 目标停顿时间
-XX:G1HeapRegionSize=2m               # 手动指定Region大小
-XX:G1NewSizePercent=5                # 新生代初始占比
-XX:G1MaxNewSizePercent=60            # 新生代最大占比
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 # 触发MixedGC的老年代阈值

优化建议

避免过早晋升老年代：合理设置MaxGCPauseMillis，平衡年轻代GC频率与存活对象量
适用场景：
- 堆内存 > 8GB
- 停顿要求 < 500ms
- 对象分配速率变化大

✅ 高并发实践：Kafka类消息系统（64G堆+MaxGCPauseMillis=50ms）可兼顾低停顿与高吞吐

二、ZGC收集器（-XX:+UseZGC）

核心目标

支持TB级堆：理论最大16TB（42位地址指针）
停顿≤10ms：与堆大小无关
吞吐损失<15%：读屏障导致额外开销
NUMA感知：优先访问本地内存

关键技术

1. 颜色指针（Colored Pointers）

64位指针结构：
- 18位：保留
- 1位：Finalizable
- 1位：Remapped
- 1位：Marked1
- 1位：Marked0
- 42位：对象地址
优势：
- Region回收后立即重用
- 减少内存屏障使用
- 扩展性强

2. 读屏障（Load Barrier）

Object o = obj.fieldA;  // 触发读屏障
if (指针为Bad Color) {修正到新地址;         // "自愈"（Self-Healing）
}

内存布局

Region类型	容量	用途
Small	2MB	存储<256KB对象
Medium	32MB	存储256KB~4MB对象
Large	N×2MB	存储≥4MB大对象（不可重分配）

运作过程

并发标记：遍历对象图更新指针标志位
预备重分配：统计需清理的Region组成RelocationSet
并发重分配：
- 复制存活对象到新Region
- 维护转发表（Forward Table）
并发重映射：合并到下次标记阶段，修正旧引用

参数配置

-XX:+UnlockExperimentalVMOptions 
-XX:+UseZGC                        # 启用ZGC
-XX:ConcGCThreads=4                # 并发GC线程数
-XX:ZAllocationSpikeTolerance=5    # 分配速率敏感度