Java - Z Garbage Collector (ZGC)

Hallo, zukünftige Java-Zauberer! ? Ich bin begeistert, Ihr Führer auf dieser spannenden Reise in die Welt von Java und dessen fortgeschrittener Müllsammlungsmethode, dem Z Garbage Collector (ZGC), zu sein. Keine Sorge, wenn Sie neu bei der Programmierung sind – wir beginnen mit den Grundlagen und arbeiten uns nach oben. Also, holen Sie sich Ihr Lieblingsgetränk, machen Sie sich komfortabel und lassen Sie uns einsteigen!

Was ist ZGC?

Stellen Sie sich vor, Sie sind auf einer nie endenden Party (klingt nach Spaß, nicht wahr?). Während die Party weitergeht, lassen die Gäste hinter sich leere Tassen, Teller und anderer Müll. Jetzt würden Sie nicht wollen, dass die Party stoppt, nur um aufzuräumen, oder? Da kommt unser Held, der Z Garbage Collector, ins Spiel!

ZGC, oder der Z Garbage Collector, ist wie eine supereffiziente, unsichtbare Reinigungsmannschaft für Ihre Java-Programme. Er ist darauf ausgelegt, große Mengen an Speicher (bis zu Terabytes!) zu verwalten, während Ihr Programm problemlos läuft, mit minimalen Pausen.

Eine kurze Geschichte

ZGC wurde in Java 11 als experimentelles Feature eingeführt und wurde in Java 15 produktionsreif. Er ist das Ergebnis von Jahren Forschung und Entwicklung durch die brillanten Köpfe bei Oracle, mit dem Ziel, die Herausforderungen der Speicherverwaltung in groß angelegten Java-Anwendungen zu lösen.

Features des Z Garbage Collectors

Lassen Sie uns die Superkräfte von ZGC aufbrechen:

Niedrige Latenz: ZGC kann die Müllsammlung in nur ein paar Millisekunden durchführen, unabhängig von der Heap-Größe. Das bedeutet, dass Ihre Java-Anwendung reaktionsfähig bleibt, auch wenn sie mit massiven Datenmengen zu kämpfen hat.
Skalierbarkeit: Egal, ob Ihr Heap 8MB oder 16TB groß ist, ZGC hat Sie abgedeckt. Er ist darauf ausgelegt, eine Vielzahl von Speichergrößen effizient zu verwalten.
Gleichzeitige Verarbeitung: ZGC führt den Großteil seiner Arbeit durch, während Ihre Anwendung läuft, minimiert also die Notwendigkeit von "stop-the-world"-Pausen.
Farbige Zeiger: ZGC verwendet eine Technik namens "farbige Zeiger", um Objekte zu verfolgen, was eine schnellere Müllsammlung ermöglicht.
Dynamische Speicherverwaltung: ZGC kann ungenutzten Speicher an das Betriebssystem zurückgeben, was zur Optimierung der gesamten Systemleistung beiträgt.

Verwendung von ZGC

Nun lassen Sie uns unsere Hände schmutzig machen und sehen, wie wir ZGC in unseren Java-Programmen verwenden können!

ZGC aktivieren

Um ZGC zu aktivieren, müssen Sie einen Befehlszeilenparameter hinzufügen, wenn Sie Ihre Java-Anwendung ausführen. So geht das:

java -XX:+UseZGC YourJavaProgram

Dies teilt der Java Virtual Machine (JVM) mit, ZGC anstelle des Standard-Müllsammlers zu verwenden.

ZGC anpassen

ZGC ist so konzipiert, dass er aus der Box gut funktioniert, aber Sie können ihn für Ihre spezifischen Bedürfnisse anpassen. Hier sind einige nützliche Flags:

Flag	Beschreibung
`-XX:ZCollectionInterval=<Sekunden>`	Setzt die Zeit zwischen den Müllsammlungsschleifen
`-XX:ZAllocationSpikeTolerance=<Faktor>`	Passt an, wie ZGC auf plötzliche Erhöhungen des Zuweisungsgrades reagiert
`-XX:ZFragmentationLimit=<Prozent>`	Setzt die maximal zulässige Heap-Fragmentierung

Sehen wir uns ein Beispiel an, wie Sie diese Flags verwenden könnten:

java -XX:+UseZGC -XX:ZCollectionInterval=300 -XX:ZAllocationSpikeTolerance=5 MyJavaApp

Dieser Befehl aktiviert ZGC, setzt den Sammlungsintervall auf 300 Sekunden und erhöht die Toleranz gegenüber Zuweisungsspitzen auf 5.

Eine einfache ZGC-Demo

Um ZGC wirklich zu schätzen, lassen Sie uns ein einfaches Java-Programm erstellen, das viel Speicher allokiert:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ZGCDemo {
public static void main(String[] args) {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
byte[] b = new byte[1024 * 1024]; // Allokiere 1MB
list.add(b);
if (list.size() % 100 == 0) {
System.out.println("Allokiert " + list.size() + "MB");
try {
Thread.sleep(1000); // Schlafen für 1 Sekunde
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}

Dieses Programm allokiert kontinuierlich Speicher in 1MB-Chunks. Ohne effiziente Müllsammlung würde es schnell den Speicher erschöpfen. Aber mit ZGC kann es eine lange Zeit ohne Probleme laufen.

Um dies mit ZGC auszuführen, verwenden Sie:

java -XX:+UseZGC ZGCDemo

Sie werden bemerken, dass das Programm auch bei zunehmender Speicherbelegung reaktionsfähig bleibt und keine langen Pausen aufweist.

ZGC vs. andre Müllsammler

ZGC ist nicht der einzige Müllsammler in der Stadt. Sehen wir uns an, wie er sich zu einigen anderen gängigen Optionen vergleicht:

G1GC (Garbage-First Garbage Collector):

Pro: Gut für große Heap und niedrige Pausenzeiten
Con: Nicht so niedriglatent wie ZGC für sehr große Heap

ParallelGC:

Pro: Gute Durchputtz für Batch-Verarbeitung
Con: Kann längere Pausenzeiten als ZGC haben

CMS (Concurrent Mark Sweep):

Pro: Niedrige Pausenzeiten
Con: Veraltet in Java 9 und entfernt in Java 14

ZGC glänzt, wenn Sie konstant niedrige Pausenzeiten benötigen, insbesondere mit großen Heap. Allerdings könnte er etwas mehr CPU als andere Sammler verwenden.

Best Practices für die Verwendung von ZGC

Überwachen Sie Ihre Anwendung: Verwenden Sie Tools wie JConsole oder VisualVM, um den Speicherverbrauch und die Müllsammlungsverhalten Ihrer Anwendung zu überwachen.
Größe Ihres Heap angeben: Beginnen Sie mit einer vernünftigen Heap-Größe und passen Sie diese basierend auf den Bedürfnissen Ihrer Anwendung an.
JVM-Protokollierung verwenden: Aktivieren Sie die GC-Protokollierung, um Einblicke in das Verhalten von ZGC zu erhalten:

java -XX:+UseZGC -Xlog:gc* YourJavaApp

Ihre Anwendungstype berücksichtigen: ZGC ist großartig für Anwendungen, die niedrige Latenz benötigen, aber wenn der Durchputtz Ihre Hauptbedürfnisse ist, möchten Sie vielleicht andere Sammler in Betracht ziehen.
Aktuell bleiben: ZGC wird kontinuierlich verbessert. Halten Sie Ihre Java-Version aktuell, um von den neuesten Verbesserungen zu profitieren.

Fazit

Herzlichen Glückwunsch! Sie haben gerade Ihre ersten Schritte in die Welt der fortgeschrittenen Java-Speicherverwaltung mit ZGC gemacht. Bedenken Sie, dass die Müllsammlung wie das Zähneputzen ist – sie ist essential, sie passiert im Hintergrund und wenn sie richtig gemacht wird, merken Sie es kaum.

Während Sie Ihre Java-Reise fortsetzen, lassen Sie Sie weiterhin erkunden und experimentieren. Je mehr Sie üben, desto komfortabler werden Sie mit diesen Konzepten. Und wer weiß? Vielleicht werden Sie eines Tages die nächste Generation von Müllsammlern entwerfen!

Happy coding, und möge Ihr Müll immer effizient gesammelt werden! ??️

Credits: Image by storyset

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