垃圾回收器深度对比与调优策略

垃圾回收器深度对比与调优策略

📌 学习目标

1. 掌握G1/ZGC/CMS核心工作原理差异
2. 学会根据业务场景选择回收器
3. 掌握回收器关键参数调优方法
4. 结合项目案例进行实战分析

🧠 知识图谱

🔧 本地实验准备

1. 实验代码（G1vsZGCDemo.java）

public class G1vsZGCDemo {
    // 持续生成大对象+存活对象
    private static List<byte[]> longLive = new ArrayList<>();
    private static List<byte[]> tempList = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 每5秒创建持久对象
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                longLive.add(new byte[1024 * 1024]); // 1MB
                try { Thread.sleep(5000); } 
                catch (InterruptedException e) {}
            }
        }).start();

        // 高频创建临时对象
        while (true) {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                tempList.add(new byte[1024]); // 1KB
            }
            tempList.clear();
            Thread.sleep(10);
        }
    }
}

2. 实验步骤

# 编译代码
javac G1vsZGCDemo.java

# 使用不同回收器运行（开两个终端）
# 终端1：G1回收器
java -Xmx200m -XX:+UseG1GC -Xlog:gc*:file=g1.log G1vsZGCDemo

# 终端2：ZGC回收器
java -Xmx200m -XX:+UseZGC -Xlog:gc*:file=zgc.log G1vsZGCDemo

📊 GC日志分析实战

G1日志特征分析

[0.356s][info][gc] GC(0) Pause Young (Normal) 25M->12M(200M) 5.678ms
[3.452s][info][gc] GC(1) Pause Mixed 145M->89M(200M) 12.345ms

关键指标：

• Young (Normal)：年轻代回收
• Mixed：混合回收（含老年代）
• 暂停时间：5-15ms级别

ZGC日志特征分析

[0.456s][info][gc] GC(0) Pause Mark Start 0.025ms  
[0.567s][info][gc] GC(0) Concurrent Mark 48M->48M(200M) 25.678ms  
[0.789s][info][gc] GC(0) Pause Relocate Start 0.043ms  
[0.891s][info][gc] GC(0) Concurrent Relocate 48M->32M(200M) 12.345ms  

关键指标：

• Concurrent：并发阶段（无停顿）
• 最大暂停时间：<1ms
• 内存整理通过指针转发实现

🛠 调优参数对比表

💼 项目实战：电子签章系统GC调优

原始参数

java -Xmx4g -Xms4g -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 ...

问题现象

• 每天发生2-3次Full GC，最大暂停1.2秒
• 老年代内存碎片率持续高于30%

调优步骤

1. 升级JDK：JDK11 → JDK17（启用ZGC）
2. 参数调整：

   - -XX:+UseG1GC
   + -XX:+UseZGC
   + -XX:SoftMaxHeapSize=3g  # 允许自动伸缩
   + -XX:+UseTransparentHugePages
   

3. 效果验证：

   Full GC次数：2次/天 → 0次
   最大暂停时间：1.2s → 8ms
   

📝 知识点总结

1：CMS和G1的主要区别？

• 内存模型：CMS基于传统分代，G1采用分区（Region）
• 回收算法：CMS标记-清除（内存碎片），G1标记-整理
• 暂停控制：G1可通过MaxGCPauseMillis预测停顿
• 适用场景：CMS适用于中小堆，G1适合8G+大堆

2：ZGC如何实现亚毫秒级停顿？

技术要点：

1. 染色指针（Colored Pointers）存储元数据
2. 并发重映射（非STW内存整理）
3. 内存多重映射（虚拟地址复用）
4. 全并发的标记-转移算法

Java 中常见的垃圾收集器