zgc是個什麼東東？簡單說是個垃圾回收器。算法
一個低延遲的垃圾回收器！微信
多少年來，JVM中的各類垃圾回收器都在努力追求着兩個目標，暫停時間足夠短，同時吞吐量也要不錯。爲了追求兩者兼具，各類垃圾回收器可謂絞盡腦汁，但仍是沒法同時讓兩個都足夠好，要麼暫停時間縮短了但吞吐量降低了，要麼吞吐量上去了暫停時間卻變長了，真的是操蛋，即便是如今最新的生產可用的G1也是，雖然他也號稱是low latency，也能夠指定暫停時間，但仍是須要你去平衡暫停時間和吞吐量，G1能夠說是很是努力了，但仍是沒有作到極致和傻白甜。併發
但事情老是發展的，前幾天，jdk11的開發團隊悄悄的在本身的功能列表中添加了一個叫ZGC的gc。沒錯，就是咱們今天要侃的主角，一個集暫停與吞吐於一身的回收器，聽着就是否是被嚇尿了，是否是感受之後都不用對JVM調優了，是否是之後代碼能夠xjb寫了。app
來看看它的目標：佈局
看看這些目標！
性能
TB級的堆隨便搞！暫停時間10毫秒內！吞吐量最大降低15%！大聲告訴我，嚇尿沒？！優化
好，繼續。spa
暫停時間不會隨着堆的增大而變長！不會！操作系統
整體印象.net
好，接下來，咱們仍是先對ZGC有個整體上的印象。
一、全新的垃圾回收器。「全新」指的是一點點從草稿而後搞出來，不是基於哪一個來優化出來的。
二、使用了Load Barriors技術，而不是使用store Barriors。這是兩種不一樣的技術。store barriors是hotspot裏現存的好多垃圾回收器所用的技術。zgc中使用load barrior技術來跟蹤堆的狀態和對象的狀態。
三、單代。它是一個只有一個generation的回收器。
四、Partial Compaction。也是基於部分壓縮，這個和G1是同樣的。
五、Region-Based GC。它有點像G1，都是基於region，但和G1不同的是，zgc有更加靈活的region的size schema。這樣咱們就能夠輕鬆的處理大對象的分配問題了。
六、Immediate Memory Reuse。zgc和G1同樣，region們會被及時的清理和壓縮和轉移，可讓內存的複用更加的及時。
七、NUMA-aware。這是一種內存頁合併的硬件技術。
八、Colored Object Pointers。
九、Concurrent。zgc一個很是重要的能力。就是並行和併發幹幾乎全部的事情。
好比：
一、Marking。
二、Relocation和Compaction。
三、Relocation Set Selection。
四、Reference Processing。
五、JNI WeakRefs Cleaning。
六、StringTable和SymbolTable Cleaning。
七、Class Unloading。
以上這些通通併發（conccurent）搞！zgc團隊爲他們的這一項能力很是驕傲，這在open jdk的其餘垃圾回收器是很是少有的。
目前的狀態
一、ZGC目前僅支持Linux/x86_64。
二、性能方面目前是很是牛x的。不管是暫停時間仍是吞吐量。
看看一些數字
這是評測結構跑的分數。重點看看藍色的指標，能夠看出ZGC要比Parallel和G1要更好。
再來看看暫停時間的分數：
是否是很誇張。暫停時間遠低於他們最初定的目標10ms
GC階段
這裏先放個圖，先有個印象，後面會有一個gc過程示例來詳細說明。
Heap Regions
堆區域。也被稱爲：ZPages。
這和G1的region有點像，但和G1不同的是，region的大小更加靈活和動態。zgc的region不會像G1那樣在一開始就被劃分爲固定大小的region。
zgc的region核心亮點就是：動態。
動態表現爲：
一、動態地建立和銷燬。
二、動態地決定region的大小。它的最小單位是2MB的一個塊。而後每一個region的大小就是是2MB*N就是。
並且他有個概念叫：size groups。有三種：
Small：就是一個2MB的region。
Medium：32mb。2MB*16。
Large：N*2MB。
整個heap長這樣：
Colored Pointers
是zgc的一個核心概念。你還能夠叫它tag pointers，version pointers。
metadata被保存在64-bit的pointer中。目前不支持32位的平臺。也不支持CompressedOops。
Virtual Address-masking能夠是硬件或操做系統或軟件。
先來看看在x86_64上的colored pointer的佈局：
一個pointer共64bit。開始的18bit暫時沒有被用到（之後有可能要用），而後是四個bit，分別表示Finalizable、Remapped、Marked一、Marked0，這是gc過程當中每一個對象的狀態。最後42bit是用來存儲對象的地址。
當是remapped時候，表示不要指向到relocation set（具體relocation set是個什麼會在後面的gc示例中說到）中。
當顏色爲Finalizable的時候，就只能經過Finalizer來訪問到，其餘的途徑已沒法訪問。
Linux/x86_64上是Heap Multi-Mapping
下面是在x86_64上的heap中的address space中的pointer們的邏輯映射。
在Solaris/SPARC的heap映射：
Solaris/SPARC上是single heap mapping
Load Barrier
Load Barrier主要用於在對象從heap load的時候。並且只在這一個地方用到load barrier。一旦你過了load barrier併成功的拿到了對象，以後你就能夠任意的使用它了，好比訪問字段，調用方法等。爲何要加入load barrier呢？它的主要目的就是檢查pointer是否是「bad color」（前面咱們講到colored pointers）。若是是一個bad color的pointer，那麼就須要走一個慢的路徑（slow path），而後採起一些措施而後讓他變成good color，而後下次你在load的時候，就會走快的路徑（fast path），而不須要作額外的措施了。
bad color：mark 、relocate、remap。
good color：repair、heal。
大部分的狀況下的對象引用都是good color。
來看看一個例子：
具體的load barrier實現：
若是不是good color而且對象不爲null，那麼執行slow_path:
GC過程示例
接下來展現一下zgc中的gc過程。
開始示例以前，先說明下，本圖的基本元素。含有箭頭的線條咱們稱之爲：pointer。而後每一個數字表示object。每一個方塊表示一個region。
首先從roots開始一直往下連通，若是可以直接連通的，咱們認爲就是可達的，而後標記爲紅色。
Pause Mark Start
而後標記1爲紅色，表示ok。
而後標記2爲紅色。
而後標記4爲紅色。
Concurrent Mark
如今標記結束了。接下來進入的階段是「從新分配準備階段」：Concurrent Prepare for Relocate。
Relocation就是一個轉移的過程。
標記事後，咱們發現3，6，7是不一樣的顏色。
Concurrent Prepare for Relocate
標記事後，就須要肯定哪些region中的對象被轉移。能夠發現含有三、六、7的兩個region被列爲了Relocation Set，意味着這兩個region中的對象將會被relocation。
那麼四、五、8要被轉移到哪裏呢？
接下來進入Pause Relocate Start階段。
Pause Relocate Start
綠色表示Remapped+Relocate的過程。
當來到4的是，發現它屬於Relocation Set的對象，因而把4轉移到了最右邊的那個全新的region中。而後在下面的Forwarding Table中作個記錄。
而後進入到Concurrent Relocate階段。把4轉移了？那5和8怎麼辦呢？
Concurrent Relocate
這個階段，負責5和8轉移到4如今所在的那個region。
如今5已經被轉移到了新region。原來三、四、5所在region已經被清理空了，能夠從新被使用了。以下：
一樣的作法，把8也轉移到新的region裏。
一樣的又一個region被騰空了，能夠被從新使用了。
GC Cycle Completed
好，是否是發現2和5已經沒法連通了。接下來進入第二階段的Pause Mark Start。
Pause Mark Start (Second Cycle)
Concurrent Mark (Second Cycle)
Pause Mark End (Second Cycle)
Concurrent Prepare for Relocate (Second Cycle)
能夠發現Forwarding Table已被清空。
Stripe Mark
好，你也許好奇，那麼多的region，zgc是怎麼進行一個個進行回收的呢？上面只是展現了幾個對象而已，幾個region而已。
這裏就要說到zgc的一個宏觀的條紋標記技術：Striped Mark。光聽到這名詞，你也許不知道具體是怎麼作的。
這就是條紋，每一個條紋的顏色不一樣。
條紋標記法會把heap邏輯上分紅若干個條紋組。而後把每一個gc線程都隔離到它本身的stripe上進行gc。
如今假設有四個GC線程。而後Heap如上所示。
而後把heap分爲不一樣顏色的條紋。
而後再抽象一層stripe分組。
不一樣顏色的條紋由不一樣的線程來處理。
但有種狀況是有的GC線程提早完成了本身所在stripe的清理工做。此時它會加入到其餘的stripe上繼續幫助其餘的gc線程繼續清理其餘的stripe（這個思路有點相似工做竊取算法）。
好，以上就是所有。ZGC，一個集暫停與吞吐於一身的GC，一個暫停時間控制在10毫秒之內的GC！
說點什麼
微信公衆號（歡迎調戲）：
battcn
本文分享自微信公衆號 - battcn（battcn）。
若有侵權，請聯繫 support@oschina.cn 刪除。
本文參與「OSC源創計劃」，歡迎正在閱讀的你也加入，一塊兒分享。