ZGC收集器(-XX:+UseZGC)
ZGC是一款JDK 11中新加入的具有实验性质的低延迟垃圾收集器,ZGC可以说源自于是Azul System公司开发的C4(Concurrent Continuously Compacting Collector) 收集器。
ZGC目标
如下图所示,ZGC的目标主要有4个:
-
支持TB量级的堆。我们生产环境的硬盘还没有上TB呢,这应该可以满足未来十年内,所有JAVA应用的需求了吧。
-
最大GC停顿时间不超10ms。目前一般线上环境运行良好的JAVA应用Minor GC停顿时间在10ms左右,Major GC一般都需要100ms以上(G1可以调节停顿时间,但是如果调的过低的话,反而会适得其反),之所以能做到这一点是因为它的停顿时间主要跟Root扫描有关,而Root数量和堆大小是没有任何关系的。
-
奠定未来GC特性的基础。
-
最糟糕的情况下吞吐量会降低15%。这都不是事,停顿时间足够优秀。至于吞吐量,通过扩容分分钟解决。
另外,Oracle官方提到了它最大的优点是:它的停顿时间不会随着堆的增大而增长!也就是说,几十G堆的停顿时间是10ms以下,几百G甚至上T堆的停顿时间也是10ms以下。
不分代(暂时)
单代,即ZGC「没有分代」。我们知道以前的垃圾回收器之所以分代,是因为源于“「大部分对象朝生夕死」”的假设,事实上大部分系统的对象分配行为也确实符合这个假设。
那么为什么ZGC就不分代呢?因为分代实现起来麻烦,作者就先实现出一个比较简单可用的单代版本,后续会优化。
ZGC内存布局
ZGC收集器是一款基于Region内存布局的, 暂时不设分代的, 使用了读屏障、 颜色指针等技术来实现可并发的标记-整理算法的, 以低延迟为首要目标的一款垃圾收集器。
ZGC的Region可以具有如图3-19所示的大、 中、 小三类容量:
- 小型Region(Small Region) : 容量固定为2MB, 用于放置小于256KB的小对象。
- 中型Region(Medium Region) : 容量固定为32MB, 用于放置大于等于256KB但小于4MB的对象。
- 大型Region(Large Region) : 容量不固定, 可以动态变化, 但必须为2MB的整数倍, 用于放置4MB或以上的大对象。 每个大型Region中只会存放一个大对象, 这也预示着虽然名字叫作“大型Region”, 但它的实际容量完全有可能小于中型Region, 最小容量可低至4MB。 大型Region在ZGC的实现中是不会被重分配(重分配是ZGC的一种处理动作, 用于复制对象的收集器阶段, 稍后会介绍到)的, 因为复制一个大对象的代价非常高昂。
NUMA-aware
NUMA对应的有UMA,UMA即Uniform Memory Access Architecture,NUMA就是Non Uniform Memory Access Architecture。UMA表示内存只有一块,所有CPU都去访问这一块内存,那么就会存在竞争问题(争夺内存总线访问权),有竞争就会有锁,有锁效率就会受到影响,而且CPU核心数越多,竞争就越激烈。NUMA的话每个CPU对应有一块内存,且这块内存在主板上离这个CPU是最近的,每个CPU优先访问这块内存,那效率自然就提高了:服务器的NUMA架构在中大型系统上一直非常盛行,也是高性能的解决方案,尤其在系统延迟方面表现都很优秀。ZGC是能自动感知NUMA架构并充分利用NUMA架构特性的。
ZGC触发时机
ZGC目前有4中机制触发GC:
- 定时触发,默认为不使用,可通过ZCollectionInterval参数配置。
- 预热触发,最多三次,在堆内存达到10%、20%、30%时触发,主要时统计GC时间,为其他GC机制使用。
- 分配速率,基于正态分布统计,计算内存99.9%可能的最大分配速率,以及此速率下内存将要耗尽的时间点,在耗尽之前触发GC(耗尽时间 - 一次GC最大持续时间 - 一次GC检测周期时间)。
- 主动触发,(默认开启,可通过ZProactive参数配置) 距上次GC堆内存增长10%,或超过5分钟时,对比距上次GC的间隔时间跟(49 * 一次GC的最大持续时间),超过则触发。
如何选择垃圾收集器
- 优先调整堆的大小让服务器自己来选择
- 如果内存小于100M,使用串行收集器
- 如果是单核,并且没有停顿时间的要求,串行或JVM自己选择
- 如果允许停顿时间超过1秒,选择并行或者JVM自己选
- 如果响应时间最重要,并且不能超过1秒,使用并发收集器
- 4G以下可以用parallel,4-8G可以用ParNew+CMS,8G以上可以用G1,几百G以上用ZGC
下图有连线的可以搭配使用
JDK 1.8默认使用 Parallel(年轻代和老年代都是)
JDK 1.9默认使用 G1
安全点与安全区域
安全点就是指代码中一些特定的位置,当线程运行到这些位置时它的状态是确定的,这样JVM就可以安全的进行一些操作,比如GC等,所以GC不是想什么时候做就立即触发的,是需要等待所有线程运行到安全点后才能触发
这些特定的安全点位置主要有以下几种:
- 方法返回之前
- 调用某个方法之后
- 抛出异常的位置
- 循环的末尾
大体实现思想是当垃圾收集需要中断线程的时候, 不直接对线程操作, 仅仅简单地设置一个标志位, 各个线程执行过程时会不停地主动去轮询这个标志, 一旦发现中断标志为真时就自己在最近的安全点上主动中断挂起。 轮询标志的地方和安全点是重合的。
安全区域又是什么?
Safe Point 是对正在执行的线程设定的。如果一个线程处于 Sleep 或中断状态,它就不能响应 JVM 的中断请求,再运行到 Safe Point 上。因此 JVM 引入了 Safe Region。
Safe Region 是指在一段代码片段中,引用关系不会发生变化。在这个区域内的任意地方开始 GC 都是安全的。