垃圾回收器优化：JDK 17 与 JDK 21 如何调整 GC 算法以提升应用性能？

粉丝提问：

JDK 17 和 JDK 21 在垃圾回收器（GC）上有什么优化？如何调整 GC 算法以提升应用性能？

本文将从 JDK 17 与 JDK 21 的垃圾回收改进出发，结合代码示例解析优化方案，并提供实际项目中的调优策略，帮助你提升应用性能。

垃圾回收器优化：JDK 17 与 JDK 21 如何调整 GC 算法以提升应用性能？_开发语言


Java进阶之路：必知必会的核心知识点与JDK8、JDK17、JDK21版本对比

  • **垃圾回收器优化：JDK 17 与 JDK 21 如何调整 GC 算法以提升应用性能？**
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  • 正文
  • **一、JDK 17 与 JDK 21 的垃圾回收优化点**
  • **1. JDK 17 的垃圾回收改进**
  • **2. JDK 21 的垃圾回收改进**
  • **二、垃圾回收器的选择与调整**
  • **1. G1（Garbage-First GC）**
  • **适用场景**
  • **调优参数**
  • **代码示例：调优 G1**
  • **2. ZGC（Z Garbage Collector）**
  • **适用场景**
  • **调优参数**
  • **代码示例：调优 ZGC**
  • **3. Shenandoah**
  • **适用场景**
  • **调优参数**
  • **代码示例：调优 Shenandoah**
  • **三、GC 调优的常用工具**
  • **1. GC 日志**
  • **2. JVisualVM**
  • **使用步骤**
  • **四、垃圾回收器的性能对比**
  • **五、GC 调优常见问题 Q&A**
  • **Q1：如何减少 GC 对应用性能的影响？**
  • **Q2：为什么 ZGC 的暂停时间如此低？**
  • **Q3：Shenandoah 和 G1 如何选择？**
  • **六、总结**
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大家好，我是 猫头虎，猫头虎技术团队创始人，也被大家称为猫哥。我目前是COC北京城市开发者社区主理人、COC西安城市开发者社区主理人，以及云原生开发者社区主理人，在多个技术领域如云原生、前端、后端、运维和AI都具备丰富经验。

我的博客内容涵盖广泛，主要分享技术教程、Bug解决方案、开发工具使用方法、前沿科技资讯、产品评测、产品使用体验，以及产品优缺点分析、横向对比、技术沙龙参会体验等。我的分享聚焦于云服务产品评测、AI产品对比、开发板性能测试和技术报告。

目前，我活跃在、51CTO、腾讯云、阿里云开发者社区、华为云开发者社区、知乎、微信公众号、视频号、抖音、B站、小红书等平台，全网粉丝已超过30万。我所有平台的IP名称统一为猫头虎或猫头虎技术团队。

我希望通过我的分享，帮助大家更好地掌握和使用各种技术产品，提升开发效率与体验。

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  • 更新日期：2024年12月16日
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正文

一、JDK 17 与 JDK 21 的垃圾回收优化点

1. JDK 17 的垃圾回收改进

  • ZGC 进一步优化：
  • 支持更大的堆内存（高达 16TB）。
  • 极低的暂停时间（通常低于 10ms）。
  • G1 的吞吐量提升：
  • 优化区域（Region）选择算法，提高多线程并发效率。

2. JDK 21 的垃圾回收改进

  • Shenandoah 的性能增强：
  • 增加并发压缩阶段，减少内存碎片。
  • 支持更多并发线程的动态调节。
  • G1 增强：
  • 改进分区回收算法，减少停顿时间。
  • 提供更高效的混合回收（Mixed GC）。

二、垃圾回收器的选择与调整

JDK 17 与 JDK 21 提供了多个垃圾回收器，可以根据应用需求调整：

1. G1（Garbage-First GC）

适用场景
  • 大型内存应用（堆内存 > 4GB）。
  • 在线系统或对延迟有一定容忍度的应用。
调优参数
-XX:+UseG1GC                       # 启用 G1 GC
-XX:MaxGCPauseMillis=<时间>          # 设置最大暂停时间
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=<百分比>  # 设置启动回收的堆占用百分比
代码示例：调优 G1
public class G1GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("G1 GC 调优示例");
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 模拟分配大对象
        }
        System.out.println("示例结束");
    }
}

启动参数：

java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 G1GCDemo

2. ZGC（Z Garbage Collector）

适用场景
  • 超大内存应用（堆内存 > 16TB）。
  • 延迟敏感型系统，如实时数据处理和金融应用。
调优参数
-XX:+UseZGC              # 启用 ZGC
-Xms<size>               # 设置堆初始大小
-Xmx<size>               # 设置堆最大大小
-XX:SoftMaxHeapSize=<大小>  # 设置软最大堆大小
代码示例：调优 ZGC
public class ZGCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("ZGC 调优示例");
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 模拟分配大对象
        }
        System.out.println("示例结束");
    }
}

启动参数：

java -XX:+UseZGC -Xmx16G -XX:SoftMaxHeapSize=8G ZGCDemo

3. Shenandoah

适用场景
  • 中大型内存应用（1GB~10TB）。
  • 低延迟、高吞吐并重的应用场景。
调优参数
-XX:+UseShenandoahGC           # 启用 Shenandoah GC
-XX:ShenandoahGCHeuristics=<策略>  # 设置启发式策略（如 compact、static 等）
代码示例：调优 Shenandoah
public class ShenandoahGCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Shenandoah 调优示例");
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 模拟分配大对象
        }
        System.out.println("示例结束");
    }
}

启动参数：

java -XX:+UseShenandoahGC -XX:ShenandoahGCHeuristics=compact ShenandoahGCDemo

三、GC 调优的常用工具

1. GC 日志

通过启用 GC 日志，可以分析垃圾回收的详细行为。
启动参数：

-Xlog:gc*                      # 启用 GC 日志
-Xlog:gc*:file=gc.log:time,uptime,level,tags  # 输出到文件

2. JVisualVM

实时监控应用的堆内存使用和垃圾回收行为。

使用步骤
  1. 启动应用，添加 -Dcom.sun.management.jmxremote 参数。
  2. 打开 JVisualVM，连接目标应用。
  3. 观察内存和 GC 的运行情况。

四、垃圾回收器的性能对比

特性

G1

ZGC

Shenandoah

暂停时间

可控（用户设置目标）

极低（10ms 以下）

较低（10ms~100ms）

吞吐量

较高

较高

高

并发回收

部分并发

几乎全并发

大部分并发

内存支持

4GB~16TB

超大内存（16TB）

1GB~10TB

五、GC 调优常见问题 Q&A

Q1：如何减少 GC 对应用性能的影响？

  • 调整堆大小（-Xms 和 -Xmx），确保有足够的内存分配空间。
  • 使用并发 GC（如 G1、ZGC 或 Shenandoah），减少全停顿。

Q2：为什么 ZGC 的暂停时间如此低？

A：ZGC 将大部分垃圾回收工作并发完成，仅有极少部分需要停顿。

Q3：Shenandoah 和 G1 如何选择？

  • 如果需要更低的延迟，选 Shenandoah。
  • 如果吞吐量优先，可选择 G1。

六、总结

JDK 17 与 JDK 21 中 GC 的优化点：

  1. ZGC 的低延迟与超大内存支持。
  2. G1 的吞吐提升与分区回收优化。
  3. Shenandoah 的并发压缩与动态线程支持。

调优建议：

  • 根据应用场景选择合适的 GC：延迟敏感选 ZGC，吞吐优先选 G1，混合负载选 Shenandoah。
  • 启用 GC 日志和监控工具，分析垃圾回收行为并优化内存分配。