自 JDK 8 以來(lái)，Java 的垃圾收集 (GC) 經(jīng)歷了重大演變，解決了延遲、暫停時(shí)間和內(nèi)存開(kāi)銷等常見(jiàn)挑戰(zhàn)。本文探討了這些進(jìn)步，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)開(kāi)發(fā)人員從 JDK 8 等舊版本過(guò)渡到 JDK 17 和 JDK 21 等現(xiàn)代替代版本的實(shí)際影響。無(wú)論您是維護(hù)舊版應(yīng)用程序還是規(guī)劃未來(lái)的遷移，了解這些更新都至關(guān)重要。

要點(diǎn)

1. 自 JDK 8 以來(lái)的改進(jìn)：較新版本的 JDK 在內(nèi)存管理和應(yīng)用程序性能方面提供了顯著增強(qiáng)。
2. 了解 GC 選項(xiàng)：為您的應(yīng)用程序選擇正確的垃圾收集器可以優(yōu)化行為和資源使用。
3. 增量更新：分代 GC 模式和基于區(qū)域的堆布局等進(jìn)步已經(jīng)改變了垃圾收集，提供了更好的可擴(kuò)展性和效率。

Java 中的垃圾收集 (GC) 可自動(dòng)化內(nèi)存管理，使開(kāi)發(fā)人員無(wú)需處理低級(jí)細(xì)節(jié)。 GC 的兩個(gè)主要目標(biāo)是：

1. 快速分配：Java 使用線程本地分配緩沖區(qū) (TLAB) 進(jìn)行快速、無(wú)同步的內(nèi)存分配。
2. 高效回收：GC 算法通過(guò)壓縮和空閑列表等技術(shù)回收未使用的內(nèi)存。

現(xiàn)代 Java GC 將堆分為兩代：

• 年輕代：存儲(chǔ)短暫的對(duì)象，收集頻繁但速度很快。
• 老一代：存儲(chǔ)在多個(gè) GC 周期中存活下來(lái)的長(zhǎng)壽命對(duì)象。

這種劃分基于分代假設(shè)，該假設(shè)假設(shè)大多數(shù)對(duì)象都會(huì)在年輕時(shí)死亡，從而使年輕代收集比完整堆收集更有效。 Java 提供了多種 GC 算法，每種算法都針對(duì)特定用例量身定制：

G1 GC 作為 JDK 9 中的默認(rèn)收集器引入，使用基于區(qū)域的堆布局并支持并發(fā)標(biāo)記。這使得它可以在不停止應(yīng)用程序線程的情況下確定活動(dòng)性。通過(guò)將年輕代和老一代集合合并成更小的混合集合，G1 減少了暫停時(shí)間并提高了整體響應(yīng)能力。

ZGC 專為超低延遲而設(shè)計(jì)，可以處理 TB 大小的堆，暫停時(shí)間在亞毫秒范圍內(nèi)。它與應(yīng)用程序線程同時(shí)執(zhí)行大部分工作，非常適合需要一致響應(yīng)能力的應(yīng)用程序，例如云服務(wù)或金融系統(tǒng)。

ZGC 分代模式（在 JDK 21 中引入）通過(guò)應(yīng)用分代假設(shè)來(lái)分離短壽命和長(zhǎng)壽命對(duì)象，進(jìn)一步提高吞吐量。

SPECjbb 2015 等基準(zhǔn)測(cè)試表明，自 JDK 8 以來(lái)，現(xiàn)代 GC 算法在吞吐量和延遲方面都有顯著改進(jìn)：

• 并行 GC：從 JDK 8 到 JDK 17，吞吐量提高了 30%。
• G1 GC：從 JDK 8 到 JDK 17，吞吐量提高了 40% 以上。
• ZGC：與 JDK 21 中的分代模式相比，提高了 10%。

減少暫停時(shí)間

所有收集器的暫停時(shí)間都已大幅減少：

• 并行 GC：從 ~100ms 到 ~65ms。
• G1 GC：從 JDK 8 到 JDK 17 減少了 40%。
• ZGC：亞毫秒級(jí)暫停。

由于記憶集和用于基于區(qū)域的集合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，G1 GC 顯著減少了本機(jī)內(nèi)存開(kāi)銷。從 JDK 8 到 JDK 17，G1 的本機(jī)內(nèi)存使用量幾乎減少了一半。為了更好地說(shuō)明 GC 的實(shí)際應(yīng)用，請(qǐng)考慮以下示例：

示例1：配置G1 GC

# Add these options to your JVM startup command
java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=50 -Xmx2g -Xms2g -jar app.jar

此配置：

• 激活 G1 GC。
• 將目標(biāo)最大暫停時(shí)間設(shè)置為 50 毫秒。
• 分配 2GB 堆內(nèi)存。

調(diào)整 ZGC 以實(shí)現(xiàn)低延遲應(yīng)用

java -XX:+UseZGC -Xms4g -Xmx4g -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=50 -jar app.jar

此設(shè)置：

• 使用 ZGC 實(shí)現(xiàn)超低延遲。
• 分配 4GB 堆內(nèi)存。
• 調(diào)整軟引用的生命周期以實(shí)現(xiàn)更好的內(nèi)存管理。

遷移到 JDK 8 之外的挑戰(zhàn)

雖然從 JDK 8 升級(jí)到更新版本（例如 JDK 17 或 21）可以帶來(lái)顯著的好處，但開(kāi)發(fā)人員必須考慮：

• 兼容性問(wèn)題：某些庫(kù)或框架可能無(wú)法完全支持較新的 JDK 版本。
• 性能調(diào)優(yōu)：每個(gè) GC 都有特定的調(diào)優(yōu)參數(shù)，可能需要調(diào)整這些參數(shù)才能獲得最佳性能。
• 暫存環(huán)境測(cè)試：在推出更改之前始終在非生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行徹底測(cè)試。

自 JDK 8 以來(lái)，Java 垃圾回收的進(jìn)步非常顯著。隨著吞吐量、延遲和內(nèi)存開(kāi)銷的顯著改進(jìn)，任何 Java 應(yīng)用程序都需要升級(jí)到較新的 JDK 版本。

無(wú)論您運(yùn)行小型容器還是大型云服務(wù)，都有針對(duì)您的用例進(jìn)行優(yōu)化的 GC 算法。因此，如果您仍在使用 JDK 8，那么是時(shí)候?qū)崿F(xiàn)飛躍并享受現(xiàn)代 Java 的性能優(yōu)勢(shì)了。

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