什么是ZGC

ZGC收集器(Z Garbage Collector)由Oracle公司研发.2018年提交了JEP 333将ZGC提交给了OpenJDK,推动进入OpenJDK11的发布清单中。ZGC收集器是基于Region内存布局，暂时不设分代,使用读屏障,着色指针和内存多重映射等技术来实现并发的标记整理算法,以低延迟为目标的一款收集器。

目标

在对吞吐量影响不大的情况下,对任意大小堆收集停顿时间都控制在10ms以内的低延迟。

ZGC堆内存布局

• 与G1一样,ZGC也采用基于Region的堆内存布局
• ZGC的Region具有动态性
• 动态的创建和销毁
• 动态的Region容量大小

大小分类:

• 小型Region(Small Region),固定大小2MB,存放小于256KB的小对象
• 中型Region(Medium Region),固定大小32MB,存放大于256KB小于4MB的对象
• 大型Region(Large Region),大小不固定,可以动态变化,但必须是2MB的整数倍,用于放大于4MB的大对象,每个大型Region只会放一个大对象,所以实际容量可能会小于中型Region,最小到4MB。大型Region在ZGC实现中不会被重分配,因为复制一个大对象代价太高。

着色指针

着色指针是一种直接将少量额外的信息存储在指针上的技术。目前在Linux下64位的操作系统中高18位是不能用来寻址的，但是剩余的46为却可以支持64T的空间，到目前为止我们几乎还用不到这么多内存。于是ZGC将46位中的高4位取出，用来存储4个标志位，剩余的42位可以支持4TB(2的42次幂)的内存，也直接导致ZGC可以管理的内存不超过4TB，如图所示：

• Marked0/marked1: 判断对象是否已标记
• Remapped: 判断应用是否已指向新的地址
• Finalizable: 判断对象是否只能被Finalizer访问

这几个bits在不同的状态也就代表这个引用的不同颜色

对象标记过程就是打个三色标记，这些标记本质上只和对象引用有关，和对象本身无关。某个对象只有它的引用关系才能决定它的存活。

ZGC使用了内存多重映射（Multi-Mapping）将多个不同的虚拟内存地址映射到同一个物理内存地址上，这是一种多对一映射。因为染色指针只是重新定义内存中某些指针的其中几位，OS又不支持，OS只会把整个指针当做一个内存地址来对待，只是它自己瞎想，为了解决这个问题，使用了现代处理器的虚拟内存映射技术

读屏障

比如在 ZGC 中，会对加载的引用进行测试，查看是否设置了某些位（查看着色指针，是“bad color”还是“good color”），如果是“bad color”，要走“slow path”，并执行特定的操作（比如mark、relocate、remap 等操作），将“bad color ”转变为“good color”，这样一来，下次load 时就可以走“fast path”了。

ZGC回收流程

初始标记(STW)

停止用户线程,标记GC Root对象. 1 , 2, 4被标记为存活对象。

并发标记

并发递归从GC Root开始遍历可达对象。5,8被标记为存活对象

移动对象

对比发现3,6,7是过期的对象,中间灰色的Region需要被清理压缩,所以将4,5,8移动到右边空的Region,移动过程中有个forward table记录这种转变。

修正指针

由于4,5,8发生了移动,所以需要修正.

平台支持情况