Java - Z Garbage Collector (ZGC)

Привет, будущие маги Java! ? Я рад быть вашим проводником в этом захватывающем путешествии в мир Java и его продвинутой механики сборки мусора, известной как Z Garbage Collector (ZGC). Не волнуйтесь, если вы новичок в программировании – мы начнем с основ и постепенно будем развиваться. Так что возьмите свой любимый напиток, устроитесь комфортно и давайте погружемся!

Что такое ZGC?

Представьте себе, что вы на бесконечной вечеринке (звучит весело, правда?). Когда вечеринка продолжается, гости оставляют за собой пустые стаканы, тарелки и другой мусор. Теперь, вы бы не хотели, чтобы вечеринка остановилась, чтобы убраться, правда? И именно здесь наш герой, Z Garbage Collector, приходит на помощь!

ZGC, или Z Garbage Collector, это как суперэффективная, невидимая команда уборщиков для ваших программ на Java. Он разработан для обработки больших объемов памяти (до терабайт!) при этом поддерживая бесперебойную работу вашей программы с минимальными паузами.

Краткая история

ZGC был представлен в Java 11 как экспериментальная функция и стал полностью готовым к производству в Java 15. Это результат многолетних исследований и разработок талантливыми умами в Oracle, направленных на решение проблем управления памятью в крупномасштабных приложениях на Java.

Особенности Z Garbage Collector

Давайте разберем суперсилы ZGC:

Низкая задержка: ZGC может выполнять сборку мусора всего за несколько миллисекунд, независимо от размера кучи. Это означает, что ваше приложение на Java остается реактивным, даже при работе с огромными объемами данных.
Масштабируемость: Независимо от того, ваша куча составляет 8 МБ или 16 ТБ, ZGC обеспечивает ее обслуживание. Он разработан для эффективной работы с широким диапазоном размеров памяти.
Параллельная обработка: ZGC выполняет большую часть своей работы во время выполнения вашего приложения, минимизируя необходимость в "остановках всего мира".
Цветные указатели: ZGC использует технику, называемую "цветные указатели", для отслеживания объектов, что помогает в более быстрой сборке мусора.
Динамическое управление памятью: ZGC может возвращать неиспользуемую память операционной системе, помогая оптимизировать общую производительность системы.

Использование ZGC

Теперь давайте поговорим о том, как мы можем использовать ZGC в наших программах на Java!

Включение ZGC

Для включения ZGC вам нужно добавить флаг командной строки при запуске вашего приложения на Java. Вот как это сделать:

java -XX:+UseZGC YourJavaProgram

Это указывает виртуальной машине Java (JVM) использовать ZGC вместо стандартного сборщика мусора.

Настройка ZGC

ZGC разработан для работы хорошо "из коробки", но вы можете настроить его для ваших конкретных нужд. Вот несколько полезных флагов:

Флаг	Описание
`-XX:ZCollectionInterval=<секунды>`	Устанавливает время между циклами сборки мусора
`-XX:ZAllocationSpikeTolerance=<коэффициент>`	Настраивает, как ZGC реагирует на внезапные увеличения скорости выделения памяти
`-XX:ZFragmentationLimit=<процент>`	Устанавливает максимально допустимое фрагментирование кучи

Посмотрим на пример использования этих флагов:

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

Эта команда включает ZGC, устанавливает интервал сборки мусора в 300 секунд и увеличивает терпимость к всплескам выделения памяти до 5.

Простой демо ZGC

Чтобы действительно оценить ZGC, создадим простую программу на Java, которая выделяет много памяти:

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]; // Выделяем 1МБ
list.add(b);
if (list.size() % 100 == 0) {
System.out.println("Выделено " + list.size() + "МБ");
try {
Thread.sleep(1000); // Спим 1 секунду
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}

Эта программа непрерывно выделяет память в кусках по 1 МБ. Без эффективной сборки мусора она быстро выделила всю память. Но с ZGC она может работать долго без проблем.

Для запуска этой программы с ZGC используйте:

java -XX:+UseZGC ZGCDemo

Вы заметите, что даже когда программа выделяет все больше и больше памяти, она остается реактивной, и вы не наблюдаете длинных пауз.

ZGC против других сборщиков мусора

ZGC не единственный сборщик мусора. Давайте посмотрим, как он сравнивается с некоторыми другими популярными вариантами:

G1GC (Garbage-First Garbage Collector):

Про: Хорош для больших куч и низких времен остановок
Кон: Не такой низкой задержкой, как ZGC для очень больших куч

ParallelGC:

Про: Хороший производительность для пакетной обработки
Кон: Может иметь дольше времена остановок, чем ZGC

CMS (Concurrent Mark Sweep):

Про: Низкие времена остановок
Кон: Устарел в Java 9 и удален в Java 14

ZGC блестит, когда вам нужны последовательно низкие времена остановок, особенно с большими кучами. Однако он может использовать немного больше процессора, чем другие сборщики.

Лучшие практики использования ZGC

Мониторинг вашего приложения: Используйте инструменты, такие как JConsole или VisualVM, для мониторинга использования памяти и поведения сборщика мусора вашего приложения.
Подбор размера кучи: Начните с разумного размера кучи и настройте его в зависимости от потребностей вашего приложения.
Журналирование JVM: Включите журналирование GC для получения информации о поведении ZGC:

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

Рассмотрите тип вашего приложения: ZGC отлично подходит для приложений, которым нужна низкая задержка, но если вашим основным критерием является производительность, вы можете рассмотреть другие сборщики.
Обновляйтесь: ZGC постоянно улучшается. Обновляйте версию Java, чтобы воспользоваться последними улучшениями.

Заключение

Поздравляю! Вы только что сделали свои первые шаги в мир продвинутого управления памятью в Java с ZGC. Помните, сборка мусора похожа на чистку зубов – это важно, происходит в фоновом режиме и когда делается правильно, вы почти не замечаете.

По мере продолжения вашего путешествия по Java, продолжайте исследовать и экспериментировать. Чем больше вы будете практиковаться, тем более уверенно вы будете чувствовать себя в этих концепциях. И кто знает? Может быть, однажды вы создадите следующее поколение сборщиков мусора!

Счастливого кодирования, и чтобы ваш мусор всегда собирался эффективно! ??️

Credits: Image by storyset

Предыдущий учебник:

Java - Динамический архив CDS

Следующий учебник:

Java - Null Pointer Exception