如何理解GC知識點CMS

如何理解GC知識點CMS，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

今天準備將之前沒有細講的部分進行補充，首先要提到的就是垃圾收集器。

基礎的回收方式有三種：清除、壓縮、復制，衍生出來的垃圾收集器有：

Serial 收集器

新生代收集器，使用停止復制算法，使用一個線程進行 GC ，串行，其它工作線程暫停。

使用-XX:+UseSerialGC開關來控制使用Serial + Serial Old模式運行進行內存回收（這也是虛擬機在 Client 模式下運行的默認值）。

ParNew 收集器

新生代收集器，使用停止復制算法，Serial 收集器的多線程版，用多個線程進行 GC ，并行，其它工作線程暫停，關注縮短垃圾收集時間。

使用-XX:+UseParNewGC開關來控制使用ParNew + Serial Old收集器組合收集內存；使用-XX:ParallelGCThreads來設置執行內存回收的線程數。

Parallel Scavenge 收集器

新生代收集器，使用停止復制算法，關注 CPU 吞吐量，即運行用戶代碼的時間/總時間，比如：JVM 運行 100 分鐘，其中運行用戶代碼 99 分鐘，垃 圾收集 1 分鐘，則吞吐量是 99% ，這種收集器能最高效率的利用 CPU ，適合運行后臺運算（其他關注縮短垃圾收集時間的收集器，如 CMS ，等待時間很少，所以適 合用戶交互，提高用戶體驗）。

使用-XX:+UseParallelGC開關控制使用Parallel Scavenge + Serial Old收集器組合回收垃圾（這也是在 Server 模式下的默認值）；使用-XX:GCTimeRatio來設置用戶執行時間占總時間的比例，默認 99 ，即 1% 的時間用來進行垃圾回收。使用-XX:MaxGCPauseMillis設置 GC 的最大停頓時間（這個參數只對 Parallel Scavenge 有效），用開關參數-XX:+UseAdaptiveSizePolicy可以進行動態控制，如自動調整 Eden / Survivor 比例，老年代對象年齡，新生代大小等，這個參數在 ParNew 下沒有。

Serial Old 收集器

老年代收集器，單線程收集器，串行，使用標記-整理算法，使用單線程進行GC，其它工作線程暫停（注意：在老年代中進行標記-整理算法清理，也需要暫停其它線程），在JDK1.5之前，Serial Old 收集器與 ParallelScavenge 搭配使用。 >整理的方法是 Sweep （清除）和 Compact （壓縮），清除是將廢棄的對象干掉，只留幸存的對象，壓縮是移動對象，將空間填滿保證內存分為2塊，一塊全是對象，一塊空閑），

Parallel Old 收集器

老年代收集器，多線程，并行，多線程機制與 Parallel Scavenge 差不錯，使用標記-整理算法，在 Parallel Old 執行時，仍然需要暫停其它工作線程。 >Parallel Old 收集器的整理，與 Serial Old 不同，這里的整理是Copy（復制）和Compact（壓縮），復制的意思就是將幸存的對象復制到預先準備好的區域，而不是像Sweep（清除）那樣清除廢棄的對象。

Parallel Old 在多核計算中很有用。 Parallel Old 出現后（JDK 1.6），與 Parallel Scavenge 配合有很好的效果，充分體現 Parallel Scavenge 收集器吞吐量優先的效果。使用-XX:+UseParallelOldGC開關控制使用Parallel Scavenge + Parallel Old組合收集器進行收集。

CMS

全稱 Concurrent Mark Sweep，老年代收集器，致力于獲取最短回收停頓時間（即縮短垃圾回收的時間），使用標記-清除算法，多線程，優點是并發收集（用戶線程可以和 GC 線程同時工作），停頓小。

使用-XX:+UseConcMarkSweepGC進行ParNew + CMS + Serial Old進行內存回收，優先使用ParNew + CMS（原因見后面），當用戶線程內存不足時，采用備用方案Serial Old收集。

如何開始

首先來看一下 CMS 是在什么情況下進行 GC：

1. 首先 JVM 根據-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction、-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly來決定什么時間開始垃圾收集。

2. 如果設置了-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly，那么只有當老年代占用確實達到了-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction參數所設定的比例時才會觸發 CMS GC。

3. 如果沒有設置-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly，那么系統會根據統計數據自行決定什么時候觸發 CMS GC。因此有時會遇到設置了 80% 比例才 CMS GC，但是 50% 時就已經觸發了，就是因為這個參數沒有設置的原因。

具體執行

CMS GC 的執行過程，具體來說就是：

初始標記(CMS-initial-mark)

該階段是 stop the world 階段，因此此階段標記的對象只是從 root 集最直接可達的對象。

此階段會打印 1 條日志：CMS-initial-mark：961330K（1572864K），指標記時，老年代的已用空間和總空間

并發標記(CMS-concurrent-mark)

此階段是和應用線程并發執行的，所謂并發收集器指的就是這個，主要作用是標記可達的對象，此階段不需要用戶線程停頓。

此階段會打印 2 條日志：CMS-concurrent-mark-start，CMS-concurrent-mark

預清理(CMS-concurrent-preclean)

此階段主要是進行一些預清理，因為標記和應用線程是并發執行的，因此會有些對象的狀態在標記后會改變，此階段正是解決這個問題。因為之后的 CMS-remark 階段也會 stop the world，為了使暫停的時間盡可能的小，也需要 preclean 階段先做一部分工作以節省時間。

此階段會打印 2 條日志：CMS-concurrent-preclean-start，CMS-concurrent-preclean

可控預清理(CMS-concurrent-abortable-preclean)

此階段的目的是使 CMS GC 更加可控一些，作用也是執行一些預清理，以減少 CMS-remark 階段造成應用暫停的時間。

此階段涉及幾個參數：

    -XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime：當 abortable-preclean 階段執行達到這個時間時才會結束。
    -XX:CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold（默認2m）：控制 abortable-preclean 階段什么時候開始執行，即當年輕代使用達到此值時，才會開始 abortable-preclean 階段。
    -XX:CMSScheduleRemarkEdenPenetratio（默認50%）：控制 abortable-preclean 階段什么時候結束執行。

此階段會打印 3 條日志：CMS-concurrent-abortable-preclean-start，CMS-concurrent-abortable-preclean，CMS：abort preclean due to time XXX

重新標記(CMS-remark)

此階段暫停應用線程，停頓時間比并發標記小得多，但比初始標記稍長，因為會對所有對象進行重新掃描并標記。

此階段會打印以下日志：

1. YG occupancy：964861K（2403008K），指執行時年輕代的情況。

2. CMS remark：961330K（1572864K），指執行時老年代的情況。

3. 此外，還打印出了弱引用處理、類卸載等過程的耗時。

并發清除(CMS-concurrent-sweep)

此階段進行并發的垃圾清理。

并發重設狀態等待下次CMS的觸發(CMS-concurrent-reset)

此階段是為下一次 CMS GC 重置相關數據結構。

總結

CMS 的收集過程，概括一下就是：2 次標記，2 次預清除，1 次重新標記，1 次清除。

在CMS清理過程中，只有初始標記和重新標記需要短暫停頓用戶線程，并發標記和并發清除都不需要暫停用戶線程，因此效率很高，很適合高交互的場合。

CMS也有缺點，它需要消耗額外的 CPU 和內存資源。在 CPU 和內存資源緊張，會加重系統負擔（CMS 默認啟動線程數為( CPU數量 + 3 ) / 4 ）。

另外，在并發收集過程中，用戶線程仍然在運行，仍然產生內存垃圾，所以可能產生“浮動垃圾”（本次無法清理，只能下一次Full GC才清理）。因此在 GC 期間，需要預留足夠的內存給用戶線程使用。

所以使用 CMS 的收集器并不是老年代滿了才觸發 Full GC ，而是在使用了一大半（默認 68% ，即 2/3 ，使用-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction來設置）的時候就要進行 Full GC。如果用戶線程消耗內存不是特別大，可以適當調高-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction以降低 GC 次數，提高性能。如果預留的用戶線程內存不夠，則會觸發 Concurrent Mode Failure，此時，將觸發備用方案：使用 Serial Old 收集器進行收集，但這樣停頓時間就長了，因此-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction不宜設的過大。

還有，CMS 采用的是標記-清除算法，會導致內存碎片的產生，可以使用-XX：+UseCMSCompactAtFullCollection來設置是否在 Full GC 之后進行碎片整理，用-XX：CMSFullGCsBeforeCompaction來設置在執行多少次不壓縮的 Full GC 之后，來一次帶壓縮的 Full GC。

并發和并行

并發收集： >指用戶線程與GC線程同時執行（不一定是并行，可能交替，但總體上是在同時執行的），不需要停頓用戶線程（其實在 CMS 中用戶線程還是需要停頓的，只是非常短，GC 線程在另一個 CPU 上執行）；

并行收集： >指多個 GC 線程并行工作，但此時用戶線程是暫停的；

所以，Serial 是串行的，Parallel 收集器是并行的，而 CMS 收集器是并發的。

看完上述內容，你們掌握如何理解GC知識點CMS的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！