Java Z 垃圾收集器 (ZGC)：彻底改变内存管理

猿来如此

2024-02-22

JVM

Z 垃圾收集器 (ZGC) 是 Oracle 在 JDK 11 中引入的一种创新垃圾收集算法。其主要目的是最大限度地减少Java 虚拟机(JVM) 上的应用程序暂停时间，使其特别适合需要低延迟和高延迟的现代应用程序。 -吞吐量性能。

ZGC 采用分代方式进行垃圾收集，将堆分为两代：年轻代和老一代（也称为成熟代）。年轻代又进一步分为伊甸园空间和两个幸存者空间。老一代是长寿命对象最终被重新定位的地方。

ZGC的主要特点

低延迟焦点：ZGC 的主要重点是确保持续较短的暂停时间。这一目标是通过减少世界停止 (STW) 暂停来实现的，使其成为需要近乎瞬时响应的应用程序的绝佳选择。
可扩展性：ZGC 经过精心设计，可以有效地处理大型内存堆。它具有无缝管理从几 GB 到几 TB 内存堆的能力，使其成为内存密集型应用程序的一个引人注目的选择。
并发阶段集成：ZGC 合并了重要任务的并发阶段，例如标记、重新定位对象和处理引用。这意味着垃圾收集活动的很大一部分与应用程序线程同时发生，从而有效地减少了 STW 暂停。
可预测且一致的性能：ZGC 专门设计用于提供稳定且可预测的性能。它努力将 GC 暂停时间维持在预定义的限制内，这对于具有严格延迟要求的应用程序来说是一项关键要求。
支持压缩 Oops：ZGC 与压缩 Oops（普通对象指针）和谐集成，使其即使在 64 位平台上也能高效地使用 32 位引用。这种兼容性有助于高效的内存使用。

现在，让我们探索实际示例，以更好地了解如何有效利用 ZGC。

利用ZGC

要在 Java 应用程序中使用 ZGC，您必须确保至少运行 JDK 11，因为 ZGC 是在此版本中引入的。如果您使用的是更高版本的 JDK，ZGC 也应该可以使用。

激活ZGC

要为您的 Java 应用程序启用 ZGC，您可以使用以下命令行选项：

java -XX:+UseZGC YourApp

监控ZGC

您可以通过各种工具和选项密切监控 ZGC 的性能和行为。例如，您可以通过合并以下标志来启用 GC 日志记录：

java -XX:+UseZGC -Xlog:gc* YourApp

这将为 ZGC 的行为提供全面的见解，包括暂停时间、内存利用率等。

举几个例子

实施例1

让我们考虑一个简单的 Java 应用程序，它模拟一个负责处理传入请求的多线程 Web 服务器。我们将使用 ZGC 来管理内存并确保最短的响应时间。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class WebServer {
    private List<String> requestQueue = new ArrayList<>();

    public synchronized void handleRequest(String request) {
        requestQueue.add(request);
    }

    public synchronized String getNextRequest() {
        if (!requestQueue.isEmpty()) {
            return requestQueue.remove(0);
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        WebServer webServer = new WebServer();

        // Simulate incoming requests
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            String request = "Request " + i;
            webServer.handleRequest(request);
        }

        // Simulate request processing
        while (true) {
            String request = webServer.getNextRequest();
            if (request != null) {
                // Process the request
                System.out.println("Processing request: " + request);

                // Simulate some work
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

在此示例中，我们创建了一个管理传入请求的基本 Web 服务器。我们使用同步方法来确保访问请求队列时的线程安全。

要使用 ZGC 运行此应用程序，您可以使用以下命令：

java -XX:+UseZGC WebServer

启用 ZGC 后，垃圾收集器在后台工作以管理内存，同时 Web 服务器继续处理请求。ZGC 的低延迟特性保证应用程序即使在垃圾收集期间也能保持响应。

示例 2：减少数据密集型应用程序中的暂停时间

考虑一个处理内存中大型数据集的数据密集型 Java 应用程序。使用传统的垃圾收集器，应用程序会经历显着的暂停时间，从而导致数据处理延迟。通过切换到 ZGC，应用程序可以在垃圾收集同时发生的同时继续处理数据，从而减少暂停时间并提高整体吞吐量。

public class DataProcessor {
    public static void main(String[] args) {
        // Configure the application to use ZGC
        System.setProperty("java.vm.options", "-XX:+UseZGC");

        // Simulate data processing
        processData();
    }

    private static void processData() {
        // Data processing logic
    }
}

在此示例中，设置 JVM 选项-XX:+UseZGC将应用程序配置为使用 ZGC，这可以缩短数据处理期间的暂停时间。

示例 3：管理 Web 应用程序中的大堆

想象一下一个高流量的 Web 应用程序需要一个大堆来管理用户会话和数据缓存。使用传统的垃圾收集器，管理如此大的堆可能会导致较长的暂停时间，从而影响用户体验。通过采用 ZGC，应用程序可以更有效地管理大型堆，同时对响应时间的影响最小。

public class WebApplication {
    public static void main(String[] args) {
        // Configure the application to use ZGC
        System.setProperty("java.vm.options", "-XX:+UseZGC -Xmx10g");

        // Start web server and handle requests
        startServer();
    }

    private static void startServer() {
        // Web server logic
    }
}

这里，该-Xmx10g选项用于指定较大的堆大小，并启用 ZGC 以确保垃圾收集不会显着影响应用程序的响应能力。