ZGC（Z Garbage Collector）
JDK11引入，JDK15不在是实验功能正式投入
三个重要特性特性
<ol><li>暂停时间不会超过10ms</li><li>最大支持 16TB 的大堆，最小支持 8MB 的小堆</li><li>跟 G1 相比，对应用程序吞吐量的影响小于 15 %</li></ol>
JDK 16 发布后，GC 暂停时间已经缩小到 1 ms 以内，并且时间复杂度是 o(1)<br>，这也就是说 GC 停顿时间是一个固定值了，并不会受堆内存大小影响
内存多重映射
就是使用 mmap 把不同的虚拟内存地址映射到同一个物理内存地址上
ZGC 为了更灵活高效地管理内存，使用了内存多重映射，把同一块儿物理内存映射为 Marked0、Marked1 和 Remapped 三个虚拟内存。<br><br>当应用程序创建对象时，会在堆上申请一个虚拟地址，这时 ZGC 会为这个对象在 Marked0、Marked1 和 Remapped 这三个视图空间分别申请一个虚拟地址，这三个虚拟地址映射到同一个物理地址。<br><br>Marked0、Marked1 和 Remapped 这三个虚拟内存作为 ZGC 的三个视图空间，在同一个时间点内只能有一个有效。ZGC 就是通过这三个视图空间的切换，来完成并发的垃圾回收。
染色指针
ZGC 出现之前， GC 信息保存在对象头的 Mark Word 中。比如 64 位的 JVM，对象头的 Mark Word 中保存的信息如下图
<font color="#e74f4c">染色指针是一种将少量信息直接存储在指针上的技术</font>
在这个 64 位的指针上，高 16 位都是 0，暂时不用来寻址。剩下的 48 位支持的内存可以达到 256 TB（2 ^48）,这可以满足多数大型服务器的需要了<br>不过 ZGC 并没有把 48 位都用来保存对象信息，而是用高 4 位保存了四个标志位，这样 ZGC 可以管理的最大内存可以达到 16 TB（2 ^ 44）<br>
<font color="#e74f4c">通过这四个标志位，JVM 可以从指针上直接看到对象的三色标记状态（Marked0、Marked1）、<br>是否进入了重分配集（Remapped）、是否需要通过 finalize 方法来访问到（Finalizable）。</font>
内存布局
ZGC的堆内存也是基于Region分布，不过ZGC不区分老年代和新生代，<br>ZGC 的 Region 支持动态地创建和销毁，并且 Region 的大小不是固定的，包括三种类型的 Region<br>
Small Region
2MB，主要用于放置小于 256 KB 的小对象
Medium Region
32MB，主要用于放置大于等于 256 KB 小于 4 MB 的对象
Large Region
N * 2MB。这个类型的 Region 是可以动态变化的，不过必须是 2MB 的整数倍，<br>最小支持 4 MB。每个 Large Region 只放置一个大对象，并且是不会被重分配的
读屏障
读屏障类似于 Spring AOP 的前置增强，是 JVM 向应用代码中插入一小段代码，当应用线程从堆中读取对象的引用时，会先执行这段代码
<font color="#e74f4c">注意：只有从堆内存中读取对象的引用时，才会执行这个代码</font><br>
读屏障在解释执行时通过 load 相关的字节码指令加载数据。作用是在对象标记和转移过程中，判断对象的引用地址是否满足条件，并作出相应动作。如下图
读屏障会对应用程序的性能有一定影响，据测试，对性能的最高影响达到 4%，但提高了 GC 并发能力，降低了 STW。
GC过程
ZGC 初始化后，整个内存空间的地址视图被设置为 Remapped
具体步骤
初始标记
从 GC Roots 出发，找出 GC Roots 直接引用的对象，放入活跃对象集合，这个过程需要 STW，不过 STW 的时间跟 GC Roots 数量成正比，耗时比较短
并发标记
并发标记过程中，GC 线程和 Java 应用线程会并行运行
<ul><li>GC 标记线程访问对象时，如果对象地址视图是 Remapped，就把对象地址视图切换到 Marked0，如果对象地址视图已经是 Marked0，说明已经被其他标记线程访问过了，跳过不处理。</li><li>标记过程中Java 应用线程新创建的对象会直接进入 Marked0 视图。</li><li>标记过程中Java 应用线程访问对象时，如果对象的地址视图是 Remapped，就把对象地址视图切换到 Marked0，可以参考前面讲的读屏障。</li><li>标记结束后，如果对象地址视图是 Marked0，那就是活跃的，如果对象地址视图是 Remapped，那就是不活跃的。</li></ul>
<font color="#e74f4c">标记阶段的活跃视图也可能是 Marked1，区分第一次标记还是第二次标记</font>
再标记
并发标记阶段 GC 线程和 Java 应用线程并发执行，标记过程中可能会有引用关系发生变化而导致的漏标记问题。再标记阶段重新标记并发标记阶段发生变化的对象，还会对非强引用（软应用，虚引用等）进行并行标记。<br><br>这个阶段需要 STW，但是需要标记的对象少，耗时很短。
初始转移
转移就是把活跃对象复制到新的内存，之前的内存空间可以被回收
初始转移需要扫描 GC Roots 直接引用的对象并进行转移，这个过程需要 STW，STW 时间跟 GC Roots 成正比。
并发转移
并发转移过程 GC 线程和 Java 线程是并发进行的。上面已经讲过，转移过程中对象视图会被切回 Remapped 。转移过程需要注意以下几点：<br><br><ul><li>如果 GC 线程访问对象的视图是 Marked0，则转移对象，并把对象视图设置成 Remapped。</li><li>如果 GC 线程访问对象的视图是 Remapped，说明被其他 GC 线程处理过，跳过不再处理。</li><li>并发转移过程中 Java 应用线程创建的新对象地址视图是 Remapped。</li><li>如果 Java 应用线程访问的对象被标记为活跃并且对象视图是 Marked0，则转移对象，并把对象视图设置成 Remapped。</li></ul>
重定位
转移过程对象的地址发生了变化，在这个阶段，把所有指向对象旧地址的指针调整到对象的新地址上。
垃圾收集算法
标记 - 整理算法
JDK16前
需要一块独立的空间
<ul><li>因为有预留内存，能给 Java 线程分配的堆内存小于 JVM 声明的堆内存。</li><li>Reserve 仅仅用于存放 GC 过程中搬移的对象，有点内存浪费。</li><li>因为 Reserve 不能给 GC 过程中搬移对象的 Java 线程使用，搬移线程可能会因为申请不到足够内存而不能完成对象搬移，<br>这返回过来又会导致应用程序的 OOM。</li></ul>
JDK16后
缺点：必须考虑搬移对象的顺序，否则可能会覆盖尚未移动的对象。这就需要 GC 线程之间更好的进行协作，不利于并发收集，<br>同时也会导致搬移对象的 Java 线程需要考虑什么可以做什么不可以做。
优点：JDK 16 在支持就地搬移的同时，也支持预留（Reserve）堆内存的方式，并且 ZGC 不需要真的预留空闲的堆内存。默认情况下，<br>只要有空闲的 region，ZGC 就会使用预留堆内存的方式，如果没有空闲的 region，否则 ZGC 就会启用就地搬移。<br>如果有了空闲的 region， ZGC 又会切换到预留堆内存的搬移方式
总结
<ul><li>内存多重映射和染色指针的引入，使 ZGC 的并发性能大幅度提升。</li><li>ZGC 只有 3 个需要 STW 的阶段，其中初始标记和初始转移只需要扫描所有 GC Roots，STW 时间 GC Roots 的数量成正比，不会耗费太多时间。再标记过程主要处理并发标记引用地址发生变化的对象，这些对象数量比较少，耗时非常短。可见整个 ZGC 的 STW 时间几乎只跟 GC Roots 数量有关系，不会随着堆大小和对象数量的变化而变化。</li><li>ZGC 也有一个缺点，就是浮动垃圾。因为 ZGC 没有分代概念，虽然 ZGC 的 STW 时间在 1ms 以内，但是 ZGC 的整个执行过程耗时还是挺长的。在这个过程中 Java 线程可能会创建大量的新对象，这些对象会成为浮动垃圾，只能等下次 GC 的时候进行回收</li></ul>
