ZGC垃圾收集的主要流程

news2024/10/6 12:19:20

值得说明的是，在执行就地迁移时，ZGC 必须首先压缩指定为对象迁移区域内的对象，这可能会对性能产生负面影响。增加堆大小可以帮助 ZGC 避免使用就地迁移。

如上图，ZGC 的工作流程主要包括以下几个步骤：

标记阶段开始的同步点，只会执行一些小的操作，例如设置一些标记位和确定全局颜色。

值得说明的是，在 JDK 16 之前，该阶段的耗时和 GC Roots（静态变量与线程栈中的局部变量）的数量成正比。因此在 JEP 376 中引入了一种新的算法，将扫描线程栈的操作转移到并发阶段，从而显著减少了该阶段的耗时。

在这个并发阶段，ZGC 将遍历整个对象图，并标记所有对象（根据 GC 周期不同，设置 Marked0 或 Marked1 标记）。同时，将上一个 GC 周期中尚未被重映射的对象（标记仍为 Marked1 或 Marked0）进行重映射。

标记阶段结束的同步点，会处理一些边界情况。

该阶段会处理弱引用、清理不再使用的对象，并筛选出需要迁移的对象（Relocation Set）。

迁移阶段开始的同步点，通知所有涉及到对象迁移的线程。

同样的，在 JDK 16 引入 JEP 376 之后，该阶段的耗时不再与 GC Roots 的数量成正比。

该阶段会并发地迁移对象，压缩堆中的区域，以释放空间。迁移后的对象的新地址会记录到转发表（Forwarding Table）中，用于后续重映射时获取对象的新的地址；该转发表是一个哈希表，使用堆外内存，每个区域分别有一个转发表。

可以看到，在一个 GC 周期中，STW 的阶段和并发阶段交替执行，并且绝大多数操作均在并发阶段执行。

示例

为了更好地理解 ZGC 的工作原理，下面通过一个例子来展示 ZGC 工作各阶段执行的操作。

1. 【GC 开始】初始状态

2. 【标记阶段】从 GC Roots 开始遍历，标记所有存活的对象

每次 GC 之间的标记阶段轮流使用 Marked0 与 Marked1，本次使用 Marked0。
GC Roots（例如，线程栈中引用的对象，静态变量等）为每次标记的起点，所有被 GC Roots 引用的对象都应被认为是存活的；同样的，如果未被标记（颜色仍为 Remapped），则认为可被回收。

3. 【迁移准备阶段】选择需要压缩的区域，并创建转发表

4. 【迁移阶段】遍历所有对象，迁移其中处于迁移集合中的对象

a. 遍历到对象 1、2，发现它们位于区域 0（不在迁移集合中），无需迁移，仅将颜色恢复为 Remapped。

b. 遍历到对象 4、5、7，均在迁移集合中，需要迁移。

注意：

迁移完成后，迁移集合中的区域 1 与区域 2 即可被复用，用于分配新的对象。但为了便于理解，图中保留了 4、5、7 这 3 个对象的历史位置，并加了“'”号用以区分新老位置。
值得注意的是，此时对象 2（对象 4'）中记录的对象 5（对象 7）的地址仍为迁移前的地址，指针的颜色也仍为标记时的颜色 Marked0。

5. 【迁移后的任意时间】用户线程加载对象