Java 11 引入了一种新的实验性垃圾收集器（Garbage Collector, GC），称为 ZGC（Z Garbage Collector）。ZGC 的设计目标是实现非常低的暂停时间，同时支持大规模堆内存（从几 GB 到数 TB）。它特别适合对延迟敏感的应用程序，例如实时系统、金融交易平台和大规模分布式系统。

以下是关于 ZGC 的详细介绍及其在 Java 11 中的功能：

1. 什么是 ZGC？

ZGC 是一个可扩展的低延迟垃圾收集器，旨在满足现代应用程序对性能和可扩展性的需求。与传统的垃圾收集器（如 Parallel GC 或 G1 GC）相比，ZGC 在以下几个方面进行了优化：

• 超低暂停时间：暂停时间通常不超过 10 毫秒。
• 支持大堆内存：能够处理从几 GB 到数 TB 的堆内存。
• 高吞吐量：尽管专注于低延迟，ZGC 仍然保持了较高的吞吐量。

核心特点：

• 并发执行：大多数垃圾回收操作（如标记、重定位）都是与应用程序线程并发执行的。
• 可扩展性：支持多核处理器和大内存环境。
• 低延迟保证：即使在大堆内存的情况下，也能保持稳定的低暂停时间。

2. ZGC 的工作原理

ZGC 通过一系列创新的技术实现了低延迟和高可扩展性。以下是其主要工作原理：

（1）并发标记

• ZGC 使用并发标记算法来识别哪些对象是存活的。
• 标记过程与应用程序线程并行运行，从而减少暂停时间。

（2）并发重定位

• ZGC 将存活对象从旧的内存区域移动到新的内存区域（重定位），这个过程也是与应用程序线程并发执行的。
• 重定位完成后，旧的内存区域可以被回收。

（3）着色指针（Colored Pointers）

• ZGC 使用一种称为“着色指针”的技术，在对象指针中嵌入额外的信息（如标记状态和重定位信息）。
• 这使得 ZGC 能够在不访问对象本身的情况下快速判断对象的状态。

（4）分代假设的弱化

• ZGC 并不严格依赖分代假设（即年轻代对象更可能死亡），而是针对整个堆进行管理。
• 这种设计使得 ZGC 更适合处理大堆内存。

3. 启用 ZGC

ZGC 是一个实验性功能，因此需要通过命令行参数显式启用它。

示例：

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC MyApplication

解释：

• -XX:+UnlockExperimentalVMOptions：解锁实验性功能。
• -XX:+UseZGC：启用 ZGC。

4. 配置 ZGC

ZGC 提供了一些配置选项，可以根据应用程序的需求进行调整：

（1）设置最大堆大小

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -Xmx16G MyApplication

• -Xmx16G：将最大堆大小设置为 16GB。

（2）设置并发线程数

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -XX:ConcGCThreads=4 MyApplication

• -XX:ConcGCThreads=4：设置并发垃圾回收线程的数量为 4。

（3）启用详细的 GC 日志

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -Xlog:gc MyApplication

• -Xlog:gc：输出详细的垃圾回收日志。

5. ZGC 的优势

1. 超低暂停时间：

• ZGC 的设计目标是将暂停时间控制在 10 毫秒以内，适合对延迟敏感的应用程序。

2. 支持大堆内存：

• ZGC 能够处理从几 GB 到数 TB 的堆内存，非常适合大规模分布式系统。

3. 高可扩展性：

• ZGC 充分利用多核处理器的能力，并发执行垃圾回收操作。

4. 简化调优：

• ZGC 的设计减少了对开发者手动调优的需求，降低了复杂性。

6. 使用场景

ZGC 特别适合以下场景：

1. 实时系统：

• 对延迟要求极高的系统，例如在线交易、游戏服务器等。

2. 大规模分布式系统：

• 处理大量数据的分布式系统，例如大数据分析平台。

3. 内存密集型应用：

• 需要使用大堆内存的应用程序，例如缓存服务或内存数据库。

4. 云原生应用：

• 在容器化环境中运行的应用程序，尤其是需要动态扩展的场景。

7. 局限性

尽管 ZGC 具有许多优势，但也存在一些局限性：

1. 实验性功能：

• 在 Java 11 中，ZGC 是一个实验性功能，可能在未来版本中发生变化。

2. 更高的 CPU 开销：

• 由于并发执行垃圾回收操作，ZGC 可能会占用更多的 CPU 资源。

3. 不适合小堆内存：

• 对于小堆内存（如几百 MB），ZGC 的优势可能不如其他垃圾收集器（如 G1 GC）明显。

4. 不支持压缩指针：

• ZGC 不支持压缩指针（Compressed Oops），这可能导致在某些场景下内存使用效率降低。

8. 总结

ZGC 是 Java 11 中引入的一项重要特性，旨在提供超低延迟的垃圾回收能力，同时支持大规模堆内存。它的设计使得开发者能够在高性能、低延迟的环境中运行复杂的 Java 应用程序。

如果你正在开发对延迟敏感的应用程序，或者需要处理大规模数据集，建议尝试使用 ZGC。然而，需要注意的是，ZGC 在 Java 11 中仍然是一个实验性功能，未来可能会有进一步的改进和优化。在生产环境中使用时，建议结合详细的性能测试和监控，以确保其满足你的需求。