02、Java 21 新特性 - 分代 ZGC

分代 ZGC（Generational ZGC）在 hotspot/gc 包中。

通过扩展Z垃圾回收器（ZGC）来维护年轻对象和年老对象的独立生成，从而提高应用程序性能。这将使ZGC能够更频繁地收集年轻对象——这些对象往往英年早逝。

1. 什么是Generational ZGC?

Generational ZGC（Z Garbage Collector）是一种用于Java虚拟机（JVM）的垃圾回收器。它是OpenJDK项目中的一个特性，旨在提供低延迟和高吞吐量的垃圾回收解决方案。

2. 为什么需要Generational ZGC?

传统的垃圾回收器在处理大型堆内存时可能会导致长时间的停顿，这对于需要快速响应和低延迟的应用程序来说是不可接受的。Generational ZGC的目标是减少这些停顿时间，并且能够处理非常大的堆内存。

3. Generational ZGC的实现原理

Generational ZGC基于分代垃圾回收的概念，将堆内存划分为多个代。其中包括Young Generation（年轻代）和Old Generation（老年代）。具体的实现原理如下：

年轻代（Young Generation）

• 年轻代使用了Region的概念，将整个年轻代划分为多个大小相等的区域。
• 每个区域都有一个指针指向下一个可用的区域，形成一个链表结构。
• 当对象被创建时，它们首先被分配到年轻代的某个区域中。
• 当一个区域被填满时，会触发一次年轻代垃圾回收（Minor GC）。
• Minor GC使用了并行和压缩算法来回收不再使用的对象。

老年代（Old Generation）

• 老年代是存放生命周期较长的对象的区域。
• 当一个对象在年轻代经历了多次垃圾回收后仍然存活，它将被晋升到老年代。
• 当老年代空间不足时，会触发一次老年代垃圾回收（Major GC）。
• Major GC使用了并发标记和并行清理算法来回收不再使用的对象。

并发处理

Generational ZGC采用了并发处理的方式来减少停顿时间。具体包括：

• 年轻代垃圾回收过程中，应用程序可以继续执行。
• 在老年代垃圾回收过程中，应用程序也可以继续执行，只有在最后的清理阶段才会产生短暂的停顿。

4. Generational ZGC的优点

• 低延迟：Generational ZGC通过并发处理和分代回收的策略，实现了非常低的停顿时间，适合对响应时间要求高的应用场景。
• 高吞吐量：Generational ZGC在尽可能减少停顿时间的同时，也能保持较高的垃圾回收吞吐量。
• 大堆支持：Generational ZGC可以处理非常大的堆内存，适用于需要大内存容量的应用程序。

5. Generational ZGC的缺点

• 性能开销：由于并发处理和分代回收的策略，Generational ZGC会带来一定的性能开销。这主要体现在CPU和内存的使用上。
• 配置复杂：Generational ZGC有一些与性能相关的配置参数，需要根据具体场景进行调整，对于不熟悉的用户来说可能比较复杂。

6. Generational ZGC的使用示例

以下是一个简单的Java代码示例，展示了如何启用Generational ZGC：

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC YourApplication

7. Generational ZGC的使用注意事项

• Generational ZGC是OpenJDK项目中的新特性，虽然已经相当稳定，但仍然建议在生产环境中进行充分测试。
• 在使用Generational ZGC时，建议监控系统资源使用情况，以便及时调整配置参数或采取其他措施来优化性能。

8. 总结

Generational ZGC是一种用于Java虚拟机的垃圾回收器，旨在提供低延迟和高吞吐量的垃圾回收解决方案。它通过并发处理和分代回收的策略，实现了非常低的停顿时间，并且能够处理非常大的堆内存。然而，使用Generational ZGC需要注意性能开销和配置复杂性。