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？

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。

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：

3. 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
   代码语言：javascript
   复制
   -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
   代码语言：javascript
   复制
   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：

代码语言：javascript
复制
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
代码语言：javascript
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-XX:+UseZGC # 启用 ZGC
-Xms # 设置堆初始大小
-Xmx # 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
代码语言：javascript
复制
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：

代码语言：javascript
复制
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
代码语言：javascript
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-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
代码语言：javascript
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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：

代码语言：javascript
复制
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：

代码语言：javascript
复制
-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
启动应用，添加 -Dcom.sun.management.jmxremote 参数。
打开 JVisualVM，连接目标应用。
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：

ZGC 的低延迟与超大内存支持。
G1 的吞吐提升与分区回收优化。
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。