一、概述

ZGC（Z Garbage Collector）是一種高效且可擴展的低延遲垃圾回收器。在垃圾回收過程中，ZGC通過優化算法和硬件支持，將Stop-The-World（STW）時間控制在一毫秒以內，使其成為追求低延遲應用的理想選擇。此外，ZGC支持靈活的堆大小配置，從幾百兆到16TB的堆大小均可輕松應對，且堆大小對STW時間的影響微乎其微。

二、G1機制

G1的STW時間具體包括以下幾個步驟：

• 初始標記（Initial Mark）：STW階段，采用三色標記法快速標記從GC Root直接可達的對象。此階段的STW時間通常非常短暫。
• 并發標記（Concurrent Mark）：并發執行階段，對存活對象進行標記。這個階段允許用戶線程和GC線程同時工作，從而減少了STW時間。
• 最終標記（Final Mark）：STW階段，處理SATB（Snapshot-At-The-Beginning）相關的對象標記。此階段的STW時間同樣較短。
• 清理（Cleanup）：STW階段，如果某個區域中沒有存活對象，則直接清理該區域。此階段的STW時間也較短。
• 轉移（Copy）：將存活對象復制到其他區域。STW時間較長的階段，因為它涉及對象的復制和引用更新。

三、G1缺點

G1轉移時需要停頓，STW時間較長。因為如果不STW，會出現數據不一致。

舉例：假設對象A引用了對象C，在轉移過程中，C對象被復制到新的區域。如果此時用戶線程修改了A對象的某個屬性，但實際上這個修改是針對轉移前的C對象。當轉移完成后，A對象的引用被更新為指向新的C對象，但此時獲取屬性仍是原來的舊值，因為修改是在轉移前進行的。這種不一致性會導致數據錯誤。

為了解決這個問題，G1垃圾回收器在轉移過程中需要暫停用戶線程，確保轉移操作的原子性和正確性。然而，ZGC和Shenandoah等新型垃圾回收器解決了這一問題，使得轉移過程也能夠并發執行，從而進一步提高了性能。

四、ZGC核心技術

1.讀屏障（Load Barrier）

在ZGC中，采用了讀屏障（Load Barrier）技術來處理對象引用的獲取。當嘗試獲取一個對象引用時，讀屏障會檢查該引用是否指向了轉移后的對象。如果不是，用戶線程會將引用更新為指向轉移后的對象。這樣就可以直接修改轉移后的對象的屬性。

2.著色指針（Colored Pointers）

著色指針的設計將原本8字節的地址指針巧妙地拆分成了三個部分：

• 低44位地址：用于直接表示對象的內存地址，這個范圍足夠覆蓋大多數應用程序所使用的內存空間，最多可以表示16TB的內存。
• 中間4位顏色位：這四位用于存儲關于對象狀態的信息。每一位只能存儲0或1，并且同一時間只有一位可以是1。不同的位代表不同的狀態
• 高16位未使用：這些位在當前實現中未被使用，但為未來擴展提供了空間
  

終結位：當設置時，表示該對象只能通過終結器（Finalizer）進行訪問。

重映射位（Remap）：表示在垃圾收集轉移過程后，對象的引用關系已經更新。

Marked0和Marked1：用于標記對象是否可達，是垃圾收集過程中的重要標識。

五、ZGC的內存劃分

與G1不同的是，ZGC對Zpage的劃分更加精細，旨在實現更精確的內存管理和控制，從而進一步減少垃圾回收過程中的停頓時間。ZGC的Zpage可以分為三類，分別是小區域、中區域和大區域，它們各自具有不同的容量和用途：

• 小區域（Small Zpage）：每個小區域的大小為2MB，專門用于存放小型對象，即大小不超過256KB的對象。這種劃分方式有助于減少內存碎片，并提高內存利用率。
• 中區域（Medium Zpage）：每個中區域的大小為32MB，用于存放中等大小的對象，即大小在256KB到4MB之間的對象。中區域的引入進一步擴展了ZGC的適用范圍，使其能夠處理更大規模的內存需求。
• 大區域（Large Zpage）：大區域的大小則根據實際需求動態分配，每個大區域只保存一個大于4MB的大型對象。這種設計允許ZGC在必要時為大型對象提供足夠的連續內存空間。