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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？

news 来源：原创 2025/5/15 15:28:20

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

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。
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：
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
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-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
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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
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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
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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

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
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-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

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

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。

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