ZGC 概述
Z Garbage Collector，也称为ZGC，在 jdk 11 中引入的一种可扩展的低延迟垃圾收集器，在 jdk 15 中发布稳定版。在旨在满足以下目标：
- < 1ms 最大暂停时间（jdk < 16 是 10ms，jdk >=16 是 <1ms ）
- 暂停时间不会随着堆、live-set 或 root-set 的大小而增加
- 适用内存大小从 8MB 到16TB 的堆
ZGC 具有以下特征：
- 并发
- 基于 region
- 压缩
- NUMA 感知
- 使用彩色指针
- 使用负载屏障
ZGC 的核心是一个并发垃圾收集器，这意味着所有繁重的工作都在Java 线程继续执行的同时完成。这极大地限制了垃圾收集对应用程序响应时间的影响。
ZGC 特征
ZGC 收集器是一款基于 Region 内存布局的，(暂时) 不设分代的，使用了读屏障、染色指针和内存多重映射等技术来实现可并发的标记-整理算法的，以低延迟为首要目标的一款垃圾收集器。
内存布局
ZGC 没有分代的概念
ZGC 的内存布局说起。与 Shenandoah 和 G1一样，ZGC 也采用基于 Region 的堆内存布局，但与它们不同的是 ， ZGC 的 Region 具 有 动 态 性 (动态创建和销毁 ， 以及动态的区域容量大小)。 在 x64硬件平台下 ， ZGC 的 Region 可以具有大、中、小三类容量(如下图所示):
- 小型 Region (Small Region )：容量固定为 2M， 存放小于 256K 的对象。
- 中型 Region (Medium Region)：容量固定为 32M，放置大于等于256K但小于4M的对象。
- 大型 Region (Large Region): 容量不固定，可以动态变化，但必须为2MB 的整数倍，用于放置 4MB或以上的大对象。
NUMA-aware
NUMA 对应的有 NMA 、UMA 即 Uniform Memory Access Architecture， NUMA 就是 Non Uniform Memory Access Architecture. UMA 表示内存只有一块，所有的 CUU 都要去访问这些内存，那么会存在竞争问题（竞争内存总线访问权），有竞争就要去加锁，有锁效率就会受到影响，而且 CPU 核心数越多，竞争就越激烈。 NUMA 的话每个 CPU 对应有一个内存块，且这块内存在主板上离这个 CPU 是最近的，每个 CPU 优最先访问这块内存，那效率就自然提高了。
服务器的 NUMA 架构在中大型系统上非常流行，也就是高性能的解决方案，尤其在系统延迟方面表现非常优秀，ZGC 是能自动感知 NUMA 架构并且充分利用 NUMA 架构的特征。
染色指针（Colored Pointer）
Colored Pointer， 即染色指针，如图所示， ZGC 的核心设计之一。以前的垃圾收集器的 GC 信息都保存在对象头中，而 ZGC 的 GC 信息保存在指针中（直接把标记信息记录在对象的引用指针上）。
每个对象有一个64位指针，这64位被分为：
- 18位：预留给以后使用；
- 1位： Finalizable标识，此位与并发引用处理有关，它表示这个对象只能通过finalizer才能访问(finalizer:object基类的一个空方法，如果被重写则会在GC之前调用该方法，该方法会且只会被调用一次)；
- 1位：Remapped标识，设置此位的值后，对象未指向relocation set中（relocation set表示需要GC的Region集合）；
- 1位：Marked1标识；
- 1位： Marked0标识，和上面的Marked1都是标记对象用于辅助GC；
- 42位：对象的地址（所以它可以支持2^42=4T内存）：
为什么会有两个 mark 标记？
每一个GC周期开始时，会交换使用的标记位，使上次GC周期中修正的已标记状态失效，所有引用都变成未标记。 GC周期1：使用mark0, 则周期结束所有引用mark标记都会成为 01。 GC周期2：使用mark1, 与周期1相同，所有的mark标记都会成为 10。
ZGC不能做指针压缩？
指针压缩指的是压缩为32位，寻址位数不能超过35，也就是JVM内存最大为32G(2^35=32GB)，这里的寻址位数已经达到了42位。
颜色指针的三大优势 ？
- 在一个Region中的所有存活对象都被移走后(复制走后)，这个Region就可以被立即释放掉，因为它还有转发表记录着原始地址和新地址，这样的话，理论上，只要还有一个Region对象空闲，ZGC就能完成垃圾收集。
- 颜色指针有指针的“自愈”（Self-Healing）能力，这样子就减少了写屏障（例如三色标记中的增量更新或原始快照），只需要一个读屏障就可以解决问题，减少了内存屏障的使用数量。
- 颜色指针有这极大的扩展性，因为还有18位未使用，这样更有利于后续功能的扩展。
