文章摘要(AI生成)
本文讨论了Java中ZGC（Z Garbage Collector）垃圾收集器的核心机制与优化演进，ZGC是一种超低延迟的垃圾收集器，适用于大堆内存和高并发场景。文章首先介绍了不同版本JDK（如JDK 11、15、16、21）对ZGC的支持和改进，包括并发线程栈处理和分代收集的引入。与传统的G1和CMS垃圾收集器相比，ZGC显著降低了停顿时间（通常小于1ms），并且能够有效管理TB级别的堆内存，适合延迟敏感的应用如在线服务和广告系统。 此外，文章提供了ZGC的启动和调优参数示例，并分析了在容器化环境下ZGC的资源管理优势。最后，探讨了主流Java框架与不同JDK版本的兼容性，强调了学习新技术以适应行业变化的重要性。通过对ZGC的深入了解，开发者能够更好地选择合适的GC方案，以提升应用性能和用户体验。
还在为 G1 垃圾回收器的长时间 STW 卡顿头疼？还在为 CMS 被移除发愁选什么 GC？今天这篇文章带你了解 ZGC —— Java 新一代超低延迟垃圾收集器，它是如何一步步成为生产可用的高性能选项的。
🎬真实场景：你是否也遇到过这些 GC 痛点？
在我们项目中，某个数据查询服务常因为 GC 导致 RT 波动剧烈。分析日志后发现：
- 使用 G1 GC，在老年代扩容或 Full GC 时会出现 50~100ms 的 STW 卡顿
- 已经升级到 JDK 17，CMS 被移除，选项更少
到了 JDK 17，主要可选的垃圾收集器（GC）及其作用于内存的不同区域如下：
✅ JDK 17 支持的垃圾收集器列表
| 收集器 | 年轻代 | 老年代 | 元空间 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| Serial | ✅ | ✅ | ✅ | 单线程，适用于单核或小堆内存 |
| Parallel (吞吐量优先) | ✅ | ✅ | ✅ | 多线程，关注吞吐率 |
| CMS (已废弃) | ✅ | ✅ | ✅ | 并发回收，低停顿（JDK 14 起已删除） |
| G1 | ✅ | ✅ | ✅ | 区域化管理，低延迟 + 吞吐平衡 |
| ZGC | ✅ | ✅ | ✅ | 超低延迟，支持 TB 级堆内存 |
| Shenandoah | ✅ | ✅ | ✅ | RedHat 提供，低延迟 |
| Epsilon | ❌ | ❌ | ❌ | 无实际回收，仅做性能测试 |
- ZGC 和 Shenandoah 的设计放弃了传统的“年轻代/老年代”划分，转而通过全堆并发管理，来实现更可预测、低停顿的回收。
- G1 GC 依旧维持年轻代和老年代的结构，但通过分区机制（Region）实现更灵活的内存管理。
- JEP 376 将 ZGC 引入 Windows 和 macOS；
- JEP 377 将 ZGC 宣布为生产级稳定垃圾回收器。
而ZGC作为JAVA支持容器化和超大堆管理的新GC，调研其背后的演进逻辑与实现原理对我们升级JDK有很大帮助。
😮什么是 GC？为什么它值得选？
ZGC（Z Garbage Collector）是 Oracle 在 JDK 11 中首次引入的 可伸缩、低延迟 GC，核心目标如下：
- 超低暂停：最大 GC 停顿时间 < 1ms
- 大堆支持：数百 GB 到多 TB 的堆都能高效处理
- 高并发性：几乎所有阶段都并发执行
💘ZGC 核心机制一览
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 着色指针 (Colored Pointers) | 在对象地址中编码 GC 状态，实现并发标记和转移 |
| 并发栈扫描 | 减少 STW，提升吞吐 |
| Regionless 结构 | 避免 G1/CMS 的碎片和复杂管理 |
| 延迟低、扩展性强 | 天然适配云计算与容器环境 |
🌀ZGC 工作流程图解（全流程并发）
各阶段说明：
- 并发标记：识别存活对象（不影响应用线程）
- 并发转移：对象迁移到新位置（无需暂停）
- 重映射：更新引用指向新地址
- STW 阶段：仅用于栈处理或类卸载等小任务（<1ms）
✅ 最大特点：整个 GC 生命周期中只有极短的 STW（通常 < 1ms）
✈ZGC演进路线与优化点
ZGC 虽早在 JDK 11 就已发布，但直到 JDK 15，才迎来两个关键优化，使它具备真正的“生产级”能力；从 JDK 21 开始，ZGC 也支持分代回收（Generational ZGC），在保持低延迟优势的同时，进一步优化了 吞吐性能和内存回收效率，可以更好地支持热点对象生命周期分布。
✨ JEP 333（JDK 11）
- 初始引入 ZGC（实验性）
- 支持 Linux/x64
- 实现基础的低延迟 GC 架构
✨ JEP 376（JDK 15）：并发线程栈处理
- 原问题：线程栈扫描是 STW 阶段
- 改进：线程栈扫描也变成并发执行
- 影响：进一步降低 GC 停顿
✨ JEP 377（JDK 15）：ZGC 正式 GA
- 不再需要
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions - 支持 Windows/macOS 平台
- 准备进入生产场景
✨ JEP 439（JDK 16）：跨平台支持强化
- 正式支持 macOS 和 Windows 系统
✨ JEP 423（JDK 21）：Generational ZGC
- 支持分代收集（年轻代 / 老年代）
- 结合 ZGC 与代际模型优点，提升吞吐与回收效率
👍ZGC 对比 G1/CMS，谁更适合你的场景？
| 特性 | G1 GC | CMS | ZGC |
|---|---|---|---|
| 停顿时间 | 可配置（仍可能几十ms） | 不稳定 | ☑ < 1ms |
| 并发能力 | 中等 | 高 | ☑ 极高 |
| 分代支持 | 是 | 是 | JDK 21 起支持 |
| 最大堆支持 | 数百 GB | 数百 GB | ☑ 多 TB |
| 容器适配 | 一般 | 弱 | ☑ 强 |
✨ 如果你的服务追求低延迟响应、GC 停顿难以接受，ZGC 是目前最优选择之一。
🍕实战接入：如何启用 ZGC？
# 启动参数示例（JDK 15+）
java -XX:+UseZGC -Xms2g -Xmx4g -jar myapp.jar
常用调优参数
-XX:+UseLargePages
-XX:ZUncommitDelay=60 # 60秒无用内存后主动归还
💫开发者经验总结
- ZGC 适合延迟敏感 + 大堆内存的系统：广告系统、游戏后端、在线服务网关
- JDK 15 后才适合正式生产使用（特别是 JEP 377 生效）
- 如果你使用容器/云平台部署，ZGC 对资源释放控制更优
📃来点篇外话
上篇文章发表后，大部分人还是对新版JDK不感冒的，但是随着AI编程的兴起，新项目的开发涉及容器化、响应式和提前编译等技术，不免会使用到新版本JDK，如同22年GPT还在空中楼阁一样，如果不学习新技术，那注定要被新技术淘汰.
这里附上目前主流 Java 框架对 Java 各版本（尤其是 Java 8、11、17、21）的支持情况汇总（截至 2025 年），涵盖老牌框架与新兴框架，供各位在大数据或后端项目开发选型时参考：
☕ 主流 Java LTS 版本一览（含使用趋势）
Java 版本 发布时间 支持状态 特点 Java 8 2014 ✅ 广泛支持 稳定，兼容性好，仍是部分项目首选 Java 11 2018 ✅ 主流使用 首个现代 LTS，模块化逐步落地 Java 17 2021 ✅ 趋于主流 性能提升大，支持新 GC、Sealed 类等 Java 21 2023 ✅ 快速增长 模式匹配、Record 增强，ZGC 更成熟
🧱 框架支持情况对比
✅ Web/后端开发框架支持情况
框架 Java 8 Java 11 Java 17 Java 21 说明 Spring 5.x ✅ ✅ ⚠️ ❌ 推荐配合 Java 8/11 使用 Spring Boot 2.7 ✅ ✅ ⚠️ ❌ 最后一个支持 Spring 5 的版本 Spring Boot 3.x（基于 Spring 6） ❌ ✅ ✅ ✅ 要求 Java 17+，全面支持 Jakarta EE 10 Quarkus ✅ ✅ ✅ ✅ 针对云原生优化，Java 17+表现更佳 Micronaut ✅ ✅ ✅ ✅ 启动快、占用低，推荐配合 Java 17+ Vert.x ✅ ✅ ✅ ✅ 响应式编程，兼容性好 🧠 数据处理 / 大数据生态框架支持情况
框架 Java 8 Java 11 Java 17 Java 21 说明 Apache Hadoop ✅ ✅ ⚠️ ❌ 主干仍围绕 Java 8，部分组件开始兼容 Java 11 Apache Spark ✅ ✅ ⚠️ ❌ Spark 3.5 开始兼容 Java 17（实验性） Flink ✅ ✅ ✅ ⚠️ 1.18 起逐步引入 Java 17 支持 Kafka ✅ ✅ ✅ ⚠️ 推荐 Java 11，向 Java 17 迁移中 Akka ✅ ✅ ✅ ✅ 支持广泛，但注意许可政策变更 🌱 新兴生态或轻量框架
框架 Java 8 Java 11 Java 17 Java 21 说明 Helidon ❌ ✅ ✅ ✅ Oracle 出品云原生框架，推荐 Java 17+ Loom 支持库 ❌ ⚠️ ✅ ✅ Java 21 Loom 项目相关，虚拟线程支持 Spring Native / AOT ❌ ❌ ✅ ✅ AOT 编译需 Java 17 起步，增强 GraalVM 支持
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