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Java21新特性 – 分代 ZGC（JEP 439）

uncle 行业资讯 2025年08月6日

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摘要 :

文章目录 1.概述 2.什么是分代ZGC？ 3.分代ZGC设计目标 4.为什么需要分代ZGC? 5. 分代ZGC实现原理 5.1 年轻代（Young Generation） 5.2 老年代（Old Generation） 5.3 ……

文
章
目
录

1.概述
2.什么是分代ZGC？
3.分代ZGC设计目标
4.为什么需要分代ZGC?
5. 分代ZGC实现原理

5.1 年轻代（Young Generation）
5.2 老年代（Old Generation）
5.3 并发处理

6. 分代ZGC的优点
7. 分代ZGC的缺点
8.如何启用分代 ZGC？
9.使用分代ZGC的注意事项
10. 总结

ZGC 有分代和非分代之分，ZGC 从 JDK 15 开始就可用于生产，其设计旨在实现低延迟和高可扩展性。它的大部分工作都是在应用程序线程运行时进行的，只在短时间内暂停这些线程。ZGC 的暂停时间始终以微秒为单位，因此成为要求低延迟和高可扩展性的工作负载的首选。

1.概述

在Java 21中，引入了一项新的垃圾收集器特性——分代ZGC（Generational ZGC）。分代ZGC是一种更为高效的垃圾收集器，它位于在 hotspot/gc 包中，它通过扩展Z垃圾回收器（ZGC）来维护年轻对象和年老对象的独立生成，对内存区域进行分代管理，以及采用更为精细的垃圾收集策略，使ZGC能够更频繁地收集年轻对象（这些对象往往英年早逝），从而提高了Java应用程序的性能和响应速度。

说明：分代 ZGC 最初将与非分代 ZGC 同时提供。用户可以通过在 -XX:+UseZGC 命令行选项中添加 -XX:+ZGenerational 选项来选择分代 ZGC。在未来的版本中，分代 ZGC 将成为默认选项，最终非分代 ZGC 将被移除。

2.什么是分代ZGC？

Generational ZGC（Z Garbage Collector）是一种用于Java虚拟机（JVM）的垃圾回收器。它是OpenJDK项目中的一个特性，旨在提供低延迟和高吞吐量的垃圾回收解决方案。

3.分代ZGC设计目标

1）使用新一代 ZGC 运行的应用程序应享有

降低分配停滞的风险、
降低堆内存开销
降低垃圾回收 CPU 开销。

2）与非分代 ZGC 相比，这些优势不应导致吞吐量的显著降低。应保留非分代 ZGC 的基本特性：

暂停时间不应超过 1 毫秒
支持从几百兆字节到几千兆字节的堆大小
以及应尽量减少手动配置

3）以最后一点为例，应无需手动配置

代的大小
垃圾回收器使用的线程数
或对象应在年轻代中停留多长时间

最后，与非分代ZGC相比，分代ZGC在大多数使用情况下都是更好的解决方案。我们最终应该能用分代 ZGC取代非分代 ZGC，以降低长期维护成本。

4.为什么需要分代ZGC?

传统的垃圾回收器在处理大型堆内存时可能会导致长时间的停顿，这对于需要快速响应和低延迟的应用程序来说是不可接受的。Generational ZGC的目标是减少这些停顿时间，并且能够处理非常大的堆内存。

5. 分代ZGC实现原理

Generational ZGC基于分代垃圾回收的概念，将堆内存划分为多个代。其中包括Young Generation（年轻代）和Old Generation（老年代）。具体的实现原理如下：

5.1 年轻代（Young Generation）

年轻代使用了Region的概念，将整个年轻代划分为多个大小相等的区域。
每个区域都有一个指针指向下一个可用的区域，形成一个链表结构。
当对象被创建时，它们首先被分配到年轻代的某个区域中。
当一个区域被填满时，会触发一次年轻代垃圾回收（Minor GC）。
Minor GC使用了并行和压缩算法来回收不再使用的对象。

5.2 老年代（Old Generation）

老年代是存放生命周期较长的对象的区域。
当一个对象在年轻代经历了多次垃圾回收后仍然存活，它将被晋升到老年代。
当老年代空间不足时，会触发一次老年代垃圾回收（Major GC）。
Major GC使用了并发标记和并行清理算法来回收不再使用的对象。

5.3 并发处理

Generational ZGC采用了并发处理的方式来减少停顿时间。具体包括：

年轻代垃圾回收过程中，应用程序可以继续执行。
在老年代垃圾回收过程中，应用程序也可以继续执行，只有在最后的清理阶段才会产生短暂的停顿。

6. 分代ZGC的优点

低延迟：Generational ZGC通过并发处理和分代回收的策略，实现了非常低的停顿时间，适合对响应时间要求高的应用场景。
高吞吐量：Generational ZGC在尽可能减少停顿时间的同时，也能保持较高的垃圾回收吞吐量。
大堆支持：Generational ZGC可以处理非常大的堆内存，适用于需要大内存容量的应用程序。

7. 分代ZGC的缺点

性能开销：由于并发处理和分代回收的策略，Generational ZGC会带来一定的性能开销。这主要体现在CPU和内存的使用上。
配置复杂：Generational ZGC有一些与性能相关的配置参数，需要根据具体场景进行调整，对于不熟悉的用户来说可能比较复杂。

8.如何启用分代 ZGC？

为确保顺利接替，将同时提供分代 ZGC 和非分代 ZGC。命令行选项 -XX:+UseZGC 将选择非分代 ZGC；要选择分代 ZGC，请添加 -XX:+ZGenerational 选项：

$ java -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational ...

在上面的代码中，我们通过添加启动参数 -XX:+UseZGC -Xmx8g 来启用分代ZGC，并将堆内存设置为 8GB。在未来的版本中，我们可以将分代 ZGC 设为默认值，届时 -XX:-ZGenerational 将选择非分代 ZGC。在更高的版本中，将会删除非分代 ZGC，到时候ZGenerational 选项将过时。