CMS垃圾回收机制

简介

Concurrent Mark Sweep,是一款基于并发、使用标记清除算法的垃圾回收算法，只针对老年代进行垃圾回收。CMS收集器工做时，GC工做线程和用户线程能够并发执行，以达到下降STW时间的目的。

开起VM选项-XX:+UseConcMarkSweepGC，表示对老年代的回收采用CMS。

生产环境中经常使用的两种垃圾收集器（ParNew：年轻代，CMS：老年代）

CMS维度

根据GC的触发机制分为：周期性Old GC（被动）和主动Old GC

通常都是被动GC,这里主要说的也是这个。

主动Old GC的过程，触发条件比较苛刻：

• YGC过程发生Promotion Failed，进而对老年代进行回收
• 好比执行了System.gc()，前提是没有参数ExplicitGCInvokesConcurrent

若是触发了主动Old GC，这时周期性Old GC正在执行，那么会夺过周期性Old GC的执行权（同一个时刻只能有一种在Old GC在运行），并记录 concurrent mode failure或者 concurrent mode interrupted。

CMS收集器特色

• 尽量下降停顿
• 会影响系统总体吞吐量和性能。好比，在用户线程运行过程当中，分一半CPU去作GC，系统性能在GC阶段，反应速度就降低一半。
• 清理不完全。由于在清理阶段，用户线程还在运行，会产生新的垃圾，没法清理。
• 不能在空间快满时再清理，由于和用户线程一块儿运行。-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置触发GC的阈值，若是不幸内存预留空间不够，就会引发concurrent mode failure。

STW

首先，咱们须要厘清一个概念，即只有标记阶段才须要STW (Stop The World)。标记完成之后，须要清除的对象已经肯定，不管此时是否产生新的垃圾，都不影响对这些对象的清理。也就是说，清除阶段是能够设计成和用户线程并发执行的。

JVM在暂停的时候，须要选准一个时机，因为JVM系统运行期间的复杂性，不可能作到随时暂停，所以引入了安全点（safepoint）的概念：程序只有在运行到安全点的时候，才能够暂停下来。HotSpot采用主动中断的方式，让执行线程在运行期轮询是否须要暂停的标志，若须要则中断挂起。HotSpot使用了几条短小精炼的汇编指令即可完成安全点轮询以及触发线程中断，所以对系统性能的影响几乎能够忽略不计。

可达性

可达性是指，若是一个对象会被至少一个程序中的可达对象经过直接或间接的方式引用，则称该对象是可达的。更详细地说，一个对象知足一下两个条件之一，即被断定为可达的。

1.自己是根对象。根（root）是指由堆之外空间访问的对象。JVM会将如下对象标记为根：a.虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象；b.方法区中的类静态属性引用的对象；c.方法区中的常量引用的对象；d.本地方法栈中JNI的引用对象。

2.被一个可达的对象引用。

CMS的几个阶段

CMS将可达性分析分解成两个阶段：a.仅扫描与根节点直接关联的对象; b.继续向下扫描完全部对象。所以，标记阶段也被拆分红两个阶段，即初始标记和并发标记。

CMS完整的收集过程以下：

1. 初始标记（init-mark）：仅扫描与根节点直接关联的对象并标记，这个阶段必须STW, 因为跟节点数量有限，因此这个过程很是短暂。

2. 并发标记（concurrent-marking）：与用户线程并发标记。这个阶段在初始标记的基础上继续向下追溯标记。在并发标记阶段，用户线程和标记线程并发执行，因此用户不会感觉到停顿。

   **遍历第一个阶段（Init Mark）标记出来的存活对象，继续递归遍历老年代，并标记可直接或间接到达的全部老年代存活对象在这个阶段，发生变化的对象标记为Dity**

3. 并发预清理（concurrent-precleaning）：与用户线程并发进行。在并发标记阶段一些对象的引用已经发生了变化，precleaning会发现这些引用关系的改变，并将存活的对象标记。举个例子：若是线程A有一个指向对象X的引用，并将该引用传递给了线程B，CMS须要记录下线程B持有了对象X，即便线程A已经不存在了。precleaning是为了减小下一阶段“从新标记”的工做量，由于remark阶段会STW。

   将会从新扫描前一个阶段标记的Dirty对象，并标记被Dirty对象直接或间接引用的对象

4. 从新标记（remark）：remark阶段会STW。若是应用正在并发运行且在不断地改变对象引用，CMS则不能准确地肯定某个对象是否存活。因此CMS会在remark阶段STW，从而获取全部引用关系的改变。

5. 并发清理（concurrent-sweeping）：清理垃圾对象，这个阶段GC线程和用户线程并发执行。

6. 并发重置（concurrent-reset）：重置CMS收集器的数据结构，作好下一次执行GC任务的准备工做。

能够看出，一个存在2次的STW

参考：

CMS垃圾回收和线上Full GC排查

图解CMS垃圾回收机制，你值得拥有

Java之CMS GC的7个阶段

JVM 之 ParNew 和 CMS 日志分析

从实际案例聊聊Java应用的GC优化

JVM 学习——垃圾收集器与内存分配策略http://matt33.com/2016/09/18/jvm-basic2/)