CMS垃圾回收器

Posted 2023-04-27

参考技术A CMS全称Concurrent Mark Sweep(并发标记清除)，它在年轻代使用复制算法，老年代使用标记-清除算法。
CMS设计的目标是，避免老年代GC时出现长时间的卡顿。而实现该目标的原理就是，将垃圾回收过程中耗时的操作，做成了和用户线程并行。这也是为什么cms被称为并发标记清除，并且能够减少停顿的原因。
由于老年代使用的是标记-清楚算法，所以缺点也很明显，就是内存碎片问题。

初始标记阶段，就是简单地标记下GC root对象，不用向下追溯，因为追溯的tracing阶段是非常耗时的。
初始标记阶段是会导致STW的，但是由于只标记GC root对象，所以速度很快。

并发标记阶段，就是进行tracing，标记所有可达对象，该过程是和用户线程一起并行进行的。
由于标记追溯过程中，没有STW并且和用户线程并行。所以，对象也是时刻处在变化过程中的，所以后续会有一个重新标记的过程。

并发预清理，就是进行重新标记，

最终标记，会触发STW。

并发清除，此时用户线程被激活，并且垃圾回收线程和用户线程并行。由于垃圾回收过程中，用户线程也会不断地产生新的垃圾，当前事务GC线程是无法回收这些新产生的垃圾，这些新产生的垃圾被称为“浮动垃圾”。

此阶段与用户线程并发执行，重置 CMS内部数据，为下一次GC做准备。

CMS回收过程中，用户线程也会不停产生新的垃圾，因此需要保证有充足的空间预留给用户使用。如果等到老年代满了，再开启GC，会导致CMS临时使用Serial Old进行回收，那么将会大大增加STW的时间。
因此，可以通过设置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction来控制，一般预留设置30%，也就是当老年代的空间使用率达到70%时，触发GC回收。

较少的卡顿。

内存碎片问题
占用更多CPU资源
预留空间导致空间浪费

CMS 垃圾回收器与G1 垃圾回收器

CMS 垃圾回收器

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器，以获取最短回收停顿时间（也就是指Stop The World的停顿时间，即轻GC的时间）为目标。其中Concurrent是指垃圾收集的线程和用户执行的线程是可以同时执行的。

CMS 垃圾回收器采用的是"标记-清除"算法，整个过程大致分为4个步骤（详细的话有七个步骤）：

1. 初始标记：即标记一下与GC Roots直接有关联的对象，速度很快。（会触发Stop The World停顿！）
2. 并行标记：即垃圾回收的线程与用户的线程可以一起执行，这个阶段会遍历老年代，然后标记所有存活的对象，它会根据上个阶段找到GC ROOTS遍历查找。
3. 重新标记：因为在并行标记时，可能用户线程会对已经标记过的对象进行改动，重新标记就是为了修正这个对象的标记。（会触发Stop The World停顿！停顿时间比初始标记阶段稍长，但远比并行标记的时间短！）
4. 并行清理：即垃圾回收的线程去回收垃圾。

空间分配担保

在轻GC之前，会先去判断老年代的最大连续可用空间是否大于新生代所有的对象的空间总和。如果大于的话，那么此次轻GC是安全的。当大量对象在轻GC后仍然存活，就需要老年代进行空间分配担保，把Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。如果老年代判断到剩余空间不足（根据以往每一次回收晋升到老年代对象空间的平均值作为经验值），则进行一次Full GC。

优缺点

优点：并发收集、低停顿（停顿指的是停止用户线程）。
缺点：

• CMS收集器对CPU资源非常敏感。
• CMS收集器无法处理浮动垃圾。
• 由于使用的是标记-清除算法，会产生大量的空间碎片，将会给大对象分配带来很大麻烦。

G1 垃圾回收器

G1 (Garbage-First) 是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器。以极高概率满足 GC 停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征。

它被视为 JDK1.7 中 HotSpot 虚拟机的一个重要进化特征。它具备一下特点：

• 并行与并发：G1 能充分利用 CPU，使用多个 CPU 来缩短 Stop-The-World 停顿时间。部分其他收集器原本需要停顿 Java 线程执行的 GC 动作，G1 收集器仍然可以通过并发的方式让 java 程序继续执行，即减少了 Stop-The-World 停顿时间。
• 分代收集：虽然 G1 可以不需要其他收集器配合就能独立管理整个 GC 堆，但是还是保留了分代的概念。
• 空间整合：与 CMS 的“标记–清理”算法不同，G1 从整体来看是基于“标记-整理”算法实现的收集器；从局部上来看是基于“复制”算法实现的。
• 可预测的停顿：这是 G1 相对于 CMS 的另一个大优势，降低停顿时间是 G1 和 CMS 共同的关注点，但 G1 除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为 M 毫秒的时间片段内。

G1内存的物理内存的布局方式是彻底颠覆了，整个堆空间不做任何明确的大块的划分，每个区域到底是伊甸园区，还是幸存区，还是老年代，并没有统一的规则。

G1 收集器的运作大致分为以下几个步骤：

1. 初始标记
2. 并发标记
3. 最终标记
4. 筛选回收

G1 收集器在后台维护了一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先选择回收价值最大的区域。这种使用区域划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了 GF 收集器在有限时间内可以尽可能高的收集效率（把内存化整为零）。