ZGC（Z Garbage Collector）是 JDK 11 引入的一款低延迟垃圾回收器，主要目标是将 GC 停顿时间控制在 10ms 以内，并且能在超大堆内存（TB 级别）下保持可预测的低延迟表现。

1. ZGC 的特点

  • 低延迟：GC 暂停时间通常不超过 1~2ms，不随堆大小增长而增加。
  • 可扩展性强：支持从 数百 MB 到 16TB 的堆大小。
  • 并发回收：大多数垃圾回收工作与应用线程并发进行。
  • 着色指针（Colored Pointers）：利用 64 位地址空间中的未使用位来存储对象的 GC 状态标记，从而减少额外的内存访问和同步开销。
  • Region 化堆：将堆划分为大小不一的 Region，类似 G1，但 Region 更灵活（动态大小，2MB–16GB）。

2. ZGC 的回收过程

ZGC 的垃圾回收分为几个主要阶段：

  1. 初始标记 (Pause)
    • 短暂停顿，标记 GC Roots 直接可达的对象。
  2. 并发标记 (Concurrent Marking)
    • 和应用线程并发，遍历对象图，标记可达对象。
  3. 并发重定位 (Concurrent Relocation)
    • 将存活对象从旧 Region 移动到新 Region，避免碎片化。
    • 使用 读屏障 (Load Barrier) 保证应用访问对象时能找到新位置。
  4. 并发清理 (Concurrent Reset / Remap)
    • 释放无用的 Region，整理元数据。

3. ZGC 的优势场景

  • 超大堆：例如 100GB ~ TB 级别内存的应用（如大数据、AI 训练平台）。
  • 低延迟系统：金融交易、广告投放、在线游戏、高并发 Web 服务。
  • 需要高吞吐和稳定响应的应用。

4. 使用方式

在启动 Java 程序时添加参数即可启用 ZGC：

java -XX:+UseZGC -Xmx16g -Xms16g -jar app.jar

常见参数：

  • -XX:+UseZGC 启用 ZGC。
  • -Xmx、-Xms 设置堆大小。
  • -XX:ZUncommitDelay=300 设置释放未使用内存的延迟（默认 5 分钟）。

5. 与其他 GC 的对比

GC 类型停顿时间吞吐量最大堆支持适用场景
Serial高一般小堆单核、小应用
Parallel高高大堆批处理、吞吐优先
CMS中一般几百 GB延迟敏感但对碎片化敏感
G1中低高数 TB通用低延迟
ZGC极低高16TB超大堆、低延迟应用
Shenandoah极低一般数 TBRed Hat 提供，低延迟场景

加上代码（启动参数 + 示例程序 + 监控/调试命令）

下面把常用的 ZGC 启动参数、GC 日志配置示例、一个简单的 压力测试 Java 程序（用于观察 ZGC 行为）以及常用的 监控 / 调试命令 都贴出来，方便你直接复制运行并观察效果。

1. 启动 JVM 的常用示例

推荐（JDK9+ 的 unified logging）：

# 在生产/测试机器上启动应用（示例：16GB 堆）
java -XX:+UseZGC \
     -Xms16g -Xmx16g \
     -XX:ZUncommitDelay=300 \
     -Xlog:gc*:file=./logs/gc.log:time,uptimemillis,level,tags \
     -jar your-app.jar

如果你使用的是较老风格的 GC 日志（非必需，仅供参考）：

java -XX:+UseZGC -Xms16g -Xmx16g \
     -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps \
     -jar your-app.jar

参数说明（简短）：

  • -XX:+UseZGC：启用 ZGC。
  • -Xms / -Xmx：最小/最大堆。
  • -XX:ZUncommitDelay=300：空闲 region 释放回操作系统的延迟（秒）。
  • -Xlog:gc*:file=...:time,uptimemillis,level,tags：统一 GC 日志到文件并记录时间戳和标签。

2. 简单的压力测试 Java 程序（用于观察 ZGC 行为）

这个程序会不断分配中等大小的 byte[]，并周期性打印内存占用，方便你在 GC 日志/监控工具下观察 ZGC 的并发回收与停顿。

// 文件名: ZGCStress.java
public class ZGCStress {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("Starting ZGC stress test");
        Runtime rt = Runtime.getRuntime();

        java.util.List<byte[]> list = new java.util.ArrayList<>();
        int iter = 0;
        while (true) {
            // 每轮分配 100 个 1MB 的对象（可调整）
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                list.add(new byte[1024 * 1024]); // 1MB
            }

            // 控制 list 大小，避免 OOM：保留最近 N 批
            if (list.size() > 5000) { // 大约 5GB
                // 丢弃前面的一些引用，让它们成为垃圾
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    list.set(i, null);
                }
                // 轻微整理
                java.util.Iterator<byte[]> it = list.iterator();
                java.util.List<byte[]> newList = new java.util.ArrayList<>();
                while (it.hasNext()) {
                    byte[] b = it.next();
                    if (b != null) newList.add(b);
                }
                list = newList;
            }

            // 每 5 秒打印一次内存状态
            if (++iter % 2 == 0) {
                long total = rt.totalMemory();
                long free = rt.freeMemory();
                long used = total - free;
                System.out.printf("[%s] Used: %.2f MB, Total: %.2f MB, Free: %.2f MB%n",
                    java.time.LocalTime.now(),
                    used / 1024.0 / 1024.0,
                    total / 1024.0 / 1024.0,
                    free / 1024.0 / 1024.0);
            }

            Thread.sleep(2500); // 每轮间隔
        }
    }
}

编译并运行（示例）：

javac ZGCStress.java
# 使用 ZGC 启动（示例 8GB 堆）
java -XX:+UseZGC -Xms8g -Xmx8g -Xlog:gc*:file=gc.log:time,uptimemillis,level,tags ZGCStress

观察：运行若干分钟后，打开 gc.log，并用 jstat/jcmd 等工具查看堆/GC 活动。

3. 常用的 JVM 运行时监控与调试命令

假设你已经获得目标 JVM 的 PID（用 jps / ps 找到）：

  • 列出 JVM 进程：
jps -l
  • 触发一次显式 GC（让 GC 立刻执行）：
jcmd <pid> GC.run
  • 获取堆直方图（类实例统计）：
jcmd <pid> GC.class_histogram
  • 查看堆摘要（类似 jmap -heap）：
jcmd <pid> GC.heap_info
# 或
jmap -heap <pid>
  • 实时监控（每秒）GC/堆信息：
jstat -gc <pid> 1000
  • 使用 VisualVM / Java Mission Control（JMC）连接观察 ZGC 的行为、线程、堆、延迟分布图（推荐用于 GUI 可视化）。

4. 常见调优点与注意事项（代码/参数相关）

  • 日志级别：使用 -Xlog:gc* 保存详细日志以便离线分析；线上谨慎开启高频日志以免 I/O 影响性能。
  • 小堆 & ZGC：ZGC 优势在超大堆与低延迟场景。对于小堆（几百 MB）不一定是最优选择。
  • 保持最新 JDK：ZGC 在较新 JDK（11+, 17+, 19+）上逐步改进，生产时尽量使用你平台支持的稳定版本。
  • ZUncommitDelay：控制从 OS 释放未使用内存的延迟（单位秒），可以根据内存波动调整。

5. 示例：结合 Systemd 启动脚本（可选）

如果你要在系统服务中启动，示例 systemd unit（片段）：

[Unit]
Description=MyApp with ZGC

[Service]
User=app
ExecStart=/usr/bin/java -XX:+UseZGC -Xms16g -Xmx16g -XX:ZUncommitDelay=300 -Xlog:gc*:file=/var/log/myapp/gc.log:time,uptimemillis,level,tags -jar /opt/myapp/app.jar
SuccessExitStatus=143

[Install]
WantedBy=multi-user.target