JDK17升级实战：ZGC实现毫秒级GC暂停的生产环境性能对比与调优

垃圾回收器的暂停问题，对于那些对实时响应有严苛要求的服务来说，一直是个令人头疼的难题。像 CMS 和 G1 这类主流回收器，动辄数十甚至上百毫秒的停顿时间，在高敏感场景下堪称致命。更不用说，针对它们的调优本身门槛就不低，需要对内部机制有相当了解才能奏效。不过，随着 ZGC（Z Garbage Collector）的出现，这个痛点迎来了转机。ZGC 最初在 JDK 11 中作为实验性功能亮相，在 JDK 15 中宣布生产就绪。考虑到 JDK 17 才是第一个真正面向大众的长期支持（LTS）版本，并且已有不少公司开始采用，本文将重点围绕 JDK 17 展开。

ZGC 作为一款设计目标明确的低延迟垃圾收集器，旨在满足以下几个核心指标：

• 支持 8MB 到 16TB 的堆内存大小。
• 保证最大 GC 暂停时间不超过 10 毫秒。
• 在最坏情况下，吞吐量降低不超过 15%（根据实测，如果参数配置不当，可能影响更大。可以理解为这是一种用额外的 CPU 资源来换取极致 GC 暂停时间的权衡策略）。

核心优势：无法拒绝的低延迟

毫秒级 GC 暂停，满足极致低延迟业务需求

根据美团技术团队分享的数据，在 Zeus 服务的不同集群中，启用 ZGC 为低延迟（TP999 < 200ms）场景带来了显著收益：

• TP999：下降了 12~142ms，降幅达 18%~74%。
• TP99：下降了 5~28ms，降幅达 10%~47%。

这种级别的 GC 停顿改善，是使用 CMS、Parallel GC 或 G1 等传统回收器时，无论如何精细调优都难以企及的。它能确保应用在 JVM 层面的卡顿被控制在 1 毫秒以内，这正是升级 JDK 17 并启用 ZGC 最具说服力的理由。

当然，除了低延迟，升级 JDK 17 还有一些额外的“甜点”：

• 生态演进：新版 Spring Boot 官方已将最低支持版本设为 JDK 17，想使用最新的 Spring 特性，升级是必经之路。
• 性能与安全：JIT 编译器得到增强，同时包含 Sealed 类、模式匹配、Records 等新语言特性。升级也能获得更好的安全性，包括已修复的漏洞和强化的安全机制。

适用场景建议

• 推荐场景：网关服务、Web API 等对响应延迟敏感的服务。
• 暂不推荐：CPU 密集型的定时任务、批量处理任务。

升级前后性能对比

让我们直接看数据，这是最直观的。

测试环境：

CPU： 4c
Mem: 6GB

G1 GC 参数配置：

    -Xmx3500m -Xms3500m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100
    -XX:G1ReservePercent=10 -XX:ConcGCThreads=2 -XX:ParallelGCThreads=5
    -XX:G1HeapRegionSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=14
    -XX:SurvivorRatio=8

ZGC 参数配置：

--add-opens=java.base/java.lang=ALL-UNNAMED -Xms3500m -Xmx3500m -XX:ReservedCodeCacheSize=256m -XX:InitialCodeCacheSize=256m -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -XX:ConcGCThreads=1 -XX:ParallelGCThreads=3 -XX:ZCollectionInterval=60 -XX:ZAllocationSpikeTolerance=4 -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:-ZProactive  -Xlog:safepoint,classhisto*=trace,age*,gc*=info:file=/opt/gc-%t.log:time,tid,tags:filecount=5,filesize=50m

上述两套参数均已在生产环境验证，对应的机器单机业务 TPS 约为 1500。

GC 耗时对比

从上图可以清晰地看到，GC 耗时有着质的飞跃。G1 GC 的暂停在数十毫秒级别波动，而 ZGC 的停顿被稳定地压制在 1 毫秒左右。这种差距是传统垃圾回收器难以通过调优达到的，它从根本上降低了JVM垃圾回收对服务响应时间的影响。

CPU 使用率对比

在 CPU 使用率方面，运行相同的业务代码，使用 JDK 17 与 ZGC 的组合，会比 JDK 8 搭配旧回收器高出约 10% ~ 20%。这印证了前面提到的“以CPU换时间”的策略，ZGC 通过更频繁地利用并发线程进行垃圾回收工作，来换取极致的低停顿。这对于追求低延迟的后端服务架构来说，通常是值得的投入。

升级与配置实践

1. JDK 17 安装

首先需要在目标环境安装 JDK 17。以下提供几种常见方式的示例：

# Ubuntu / Debian 系统安装
sudo apt install openjdk-17-jdk

# Docker 基础镜像选择
docker pull openjdk:17-slim
docker pull openjdk:17-jdk-oraclelinux7

# Dockerfile 示例
FROM openjdk:17-slim

2. JVM 参数调整

安装好 JDK 17 后，下一步就是配置 JVM 参数以启用和优化 ZGC。下面是一组经过生产环境验证的参考参数，你可以根据实际情况调整换行格式：

    --add-opens=java.base/java.lang=ALL-UNNAMED \
    -Xms1500m -Xmx1500m \
    -XX:ReservedCodeCacheSize=256m \
    -XX:InitialCodeCacheSize=256m \
    -XX:+UnlockExperimentalVMOptions \
    -XX:+UseZGC \
    -XX:ConcGCThreads=1 -XX:ParallelGCThreads=2 \
    -XX:ZCollectionInterval=30 -XX:ZAllocationSpikeTolerance=5 \
    -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:-ZProactive \
    -Xlog:safepoint,classhisto*=trace,age*,gc*=info:file=/opt/gc-%t.log:time,tid,tags:filecount=5,filesize=50m \
    -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError \
    -XX:HeapDumpPath=/opt/errorDump.hprof

关键参数释义

为了方便理解，下表对上述部分关键 JVM 参数进行了说明：

总而言之，对于响应延迟要求极高的现代Java服务，从 JDK 8 升级至 JDK 17 并启用 ZGC，是一项能带来显著收益的技术决策。它并非简单的版本更新，而是通过新一代垃圾回收器的能力，从根本上优化了应用的响应确定性。当然，任何升级都需要经过充分的测试，建议在预发或小流量环境中验证后再全量推广。如果你想了解更多关于 JVM 调优或微服务架构的实践，可以到 云栈社区 与更多开发者交流探讨。