Java - Z 垃圾收集器 (ZGC)

未來的 Java 魔術師們，您好！? 我很高興能夠在這個令人興奮的 Java 之旅中，成為您探索 Java 先進垃圾收集機制——Z 垃圾收集器（ZGC）的嚮導。如果您是編程新手，也別擔心——我們將從基礎開始，逐步進階。所以，拿起您最喜歡的飲料，放鬆一下，讓我們一起深入探討！

Java - Z Garbage Collector (ZGC)

什麼是 ZGC？

想象一下，您正在一個永不結束的派對中（聽起來很棒，對吧？）。隨著派對的進行，賓客們留下了一個個空杯子、盤子和其他垃圾。現在，您不希望派對因為清理而停止，對嗎？這就是我們的英雄——Z 垃圾收集器登場的時刻！

ZGC，或者說 Z 垃圾收集器，就像是一個超高效、無形的清潔隊伍，為您的 Java 程式服務。它設計用來處理大量記憶體（高達數太字节！）同時保持程序運行平順，停頓時間最短。

簡短歷史

ZGC 在 Java 11 中被引進為一個實驗性功能，並在 Java 15 中成為生產就緒。這是 Oracle 的頂尖大腦多年研究與開發的結果，旨在解決大規模 Java 應用程序管理記憶體的挑戰。

Z 垃圾收集器的特點

讓我們來解析 ZGC 的超能力：

低延遲：無論堆大小如何，ZGC 都可以在幾毫秒內完成垃圾收集。這意味著您的 Java 應用程序即使處理大量數據也能保持反應迅速。
可擴展性：無論您的堆是 8MB 還是 16TB，ZGC 都能夠有效處理。它設計用來高效地處理多種記憶體大小。
並發處理：ZGC 在您的應用程序運行時完成大部分工作，減少了 "停止世界" 的停頓需求。
著色指針：ZGC 使用一種稱為 "著色指針" 的技術來跟蹤對象，這有助於更快地进行垃圾收集。
動態記憶體管理：ZGC 可以將未使用的記憶體返回給操作系統，幫助優化整體系統性能。

使用 ZGC

現在，讓我們親自動手，看看如何在我們的 Java 程式中使用 ZGC！

啟用 ZGC

要啟用 ZGC，您需要在運行 Java 應用程序時添加命令行標誌。以下是操作方法：

java -XX:+UseZGC YourJavaProgram

這會告訴 Java 虛擬機（JVM）使用 ZGC 代替默認的垃圾收集器。

調整 ZGC

ZGC 設計得非常好，可以開箱即用，但您可以根據您的具體需求進行微調。以下是一些有用的標誌：

標誌	描述
`-XX:ZCollectionInterval=<秒>`	設定垃圾收集週期之間的時間
`-XX:ZAllocationSpikeTolerance=<因數>`	調整 ZGC 對於分配速率突然增加的反應
`-XX:ZFragmentationLimit=<百分比>`	設定允許的最大堆碎片

讓我們看看您可能如何使用這些標誌的例子：

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

這個命令啟用了 ZGC，將收集間隔設定為 300 秒，並將分配尖峰容差增加到 5。

一個簡單的 ZGC 示例

為了真正領略 ZGC 的優勢，讓我們創建一個簡單的 Java 程式，該程式分配大量記憶體：

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]; // 分配 1MB
list.add(b);
if (list.size() % 100 == 0) {
System.out.println("分配了 " + list.size() + "MB");
try {
Thread.sleep(1000); // 休眠 1 秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}

這個程序不斷地以 1MB 的塊分配記憶體。如果没有高效的垃圾收集，它會很快耗盡記憶體。但有了 ZGC，它可以運行很長時間而沒有問題。

要使用 ZGC 執行此程序，請使用：

java -XX:+UseZGC ZGCDemo

您會發現，即使程序分配的記憶體越來越多，它仍然保持反應迅速，而且您不會看到任何長時間的停頓。

ZGC 與其他垃圾收集器的對比

ZGC 不是唯一的垃圾收集器。讓我們看看它如何與一些其他流行的選項相比：

G1GC（Garbage-First 垃圾收集器）：

好：適合大堆和低停頓時間
壞：對於非常大的堆，延遲不如 ZGC 低

ParallelGC：

好：適合批次處理的好吞吐量
壞：可能會有比 ZGC 更長的停頓時間

CMS（Concurrent Mark Sweep）：

好：低停頓時間
壞：在 Java 9 中不建議使用，在 Java 14 中被移除

ZGC 在您需要持續低停頓時間，特別是對於大堆時，表現出色。然而，它可能會比其他收集器使用更多的 CPU。

使用 ZGC 的最佳實踐

監控您的應用程序：使用 JConsole 或 VisualVM 等工具監控您的應用程序的記憶體使用情況和垃圾收集行為。
適當設定堆大小：從合理的堆大小開始，並根據您的應用程序需求進行調整。
使用 JVM 日誌記錄：啟用 GC 日誌以獲取 ZGC 行為的洞察：

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

考慮您的應用程序類型：ZGC 適合需要低延遲的應用程序，但如果您的首要考慮是吞吐量，則可能需要考慮其他收集器。
保持更新：ZGC在不斷改進。保持您的 Java 版本更新，以從最新的增強中受益。

結論

恭喜您！您已經踏出了使用 ZGC 進行進階 Java 記憶體管理之旅的第一步。請記住，垃圾收集就像刷牙一樣——它很必要，在背後進行，當做對的時候，您幾乎不會注意到它！

當您繼續您的 Java 之旅時，請繼續探索和實驗。您實踐得越多，就越能夠熟悉這些概念。誰知道呢？也許有一天您會設計出下一代垃圾收集器！

編程愉快，願您的垃圾永遠被高效地回收！??️

Credits: Image by storyset