阿里面试官：CMS垃圾回收机制都不懂？回去吧

Posted 2021-12-18 Java3y

面试官：今天还是来聊聊CMS垃圾收集器呗？

候选者：嗯啊…

候选者：如果用Seria和Parallel系列的垃圾收集器：在垃圾回收的时，用户线程都会完全停止，直至垃圾回收结束！

候选者：CMS的全称：Concurrent Mark Sweep，翻译过来是「并发标记清除」

候选者：用CMS对比上面的垃圾收集器(Seria和Parallel和parNew)：它最大的不同点就是「并发」：在GC线程工作的时候，用户线程「不会完全停止」，用户线程在「部分场景下」与GC线程一起并发执行。

候选者：但是，要理解的是，无论是什么垃圾收集器，Stop The World是一定无法避免的！

候选者：CMS只是在「部分」的GC场景下可以让GC线程与用户线程并发执行

候选者：CMS的设计目标是为了避免「老年代 GC」出现「长时间」的卡顿（Stop The World）

面试官：那你清楚CMS的工作流程吗？

候选者：只了解一点点，不能多了。

候选者：CMS可以简单分为5个步骤：初始标记、并发标记、并发预清理、重新标记以及并发清除

候选者：从步骤就不难看出，CMS主要是实现了「标记清除」垃圾回收算法

面试官：嗯…是的

候选者：我就从「初始标记」来开始吧

候选者：「初始标记」会标记GCRoots「直接关联」的对象以及「年轻代」指向「老年代」的对象

候选者：「初始标记」这个过程是会发生Stop The World的。但这个阶段的速度算是很快的，因为没有「向下追溯」（只标记一层）

候选者：在「初始标记」完了之后，就进入了「并发标记」阶段啦

候选者：「并发标记」这个过程是不会停止用户线程的（不会发生 Stop The World）。这一阶段主要是从GC Roots向下「追溯」，标记所有可达的对象。

候选者：「并发标记」在GC的角度而言，是比较耗费时间的（需要追溯）

候选者：「并发标记」这个阶段完成之后，就到了「并发预处理」阶段啦

候选者：「并发预处理」这个阶段主要想干的事情：希望能减少下一个阶段「重新标记」所消耗的时间

候选者：因为下一个阶段「重新标记」是需要Stop The World的

面试官：嗯…

候选者：「并发标记」这个阶段由于用户线程是没有被挂起的，所以对象是有可能发生变化的

候选者： 可能有些对象，从新生代晋升到了老年代。可能有些对象，直接分配到了老年代（大对象）。可能老年代或者新生代的对象引用发生了变化…

面试官：那这个问题，怎么解决呢？

候选者：针对老年代的对象，其实还是可以借助类card table的存储（将老年代对象发生变化所对应的卡页标记为dirty）

候选者：所以「并发预处理」这个阶段会扫描可能由于「并发标记」时导致老年代发生变化的对象，会再扫描一遍标记为dirty的卡页

面试官：嗯…

候选者：对于新生代的对象，我们还是得遍历新生代来看看在「并发标记」过程中有没有对象引用了老年代…

候选者：不过JVM里给我们提供了很多「参数」，有可能在这个过程中会触发一次 minor GC（触发了minor GC 是意味着就可以更少地遍历新生代的对象）

候选者：「并发预处理」这个阶段阶段结束后，就到了「重新标记」阶段

候选者：「重新标记」阶段会Stop The World，这个过程的停顿时间其实很大程度上取决于上面「并发预处理」阶段（可以发现，这是一个追赶的过程：一边在标记存活对象，一边用户线程在执行产生垃圾）

候选者：最后就是「并发清除」阶段，不会Stop The World

候选者：一边用户线程在执行，一边GC线程在回收不可达的对象

候选者：这个过程，还是有可能用户线程在不断产生垃圾，但只能留到下一次GC 进行处理了，产生的这些垃圾被叫做“浮动垃圾”

候选者：完了以后会重置 CMS 算法相关的内部数据，为下一次 GC 循环做准备

面试官：嗯，CMS的回收过程，我了解了

面试官：听下来，其实就是把垃圾回收的过程给”细分”了，然后在某些阶段可以不停止用户线程，一边回收垃圾，一边处理请求，来减少每次垃圾回收时 Stop The World的时间

面试官：当然啦，中间也做了很多的优化（dirty card标记、可能中途触发minor gc等等，在我理解下，这些应该都提供了CMS的相关参数配置）

面试官：不过，我看现在很多企业都在用G1了，那你觉得CMS有什么缺点呢？

候选者：1.空间需要预留：CMS垃圾收集器可以一边回收垃圾，一边处理用户线程，那需要在这个过程中保证有充足的内存空间供用户使用。

候选者：如果CMS运行过程中预留的空间不够用了，会报错（Concurrent Mode Failure），这时会启动 Serial Old垃圾收集器进行老年代的垃圾回收，会导致停顿的时间很长。

候选者：显然啦，空间预留多少，肯定是有参数配置的

候选者：2. 内存碎片问题：CMS本质上是实现了「标记清除算法」的收集器（从过程就可以看得出），这会意味着会产生内存碎片

候选者：由于碎片太多，又可能会导致内存空间不足所触发full GC，CMS一般会在触发full GC这个过程对碎片进行整理

候选者：整理涉及到「移动」/「标记」，那这个过程肯定会Stop The World的，如果内存足够大（意味着可能装载的对象足够多），那这个过程卡顿也是需要一定的时间的。

面试官：嗯…

候选者：使用CMS的弊端好像就是一个死循环：

候选者：1. 内存碎片过多，导致空间利用率减低。

候选者：2. 空间本身就需要预留给用户线程使用，现在碎片内存又加剧了空间的问题，导致有可能垃圾收集器降级为Serial Old，卡顿时间更长。

候选者：3. 要处理内存碎片的问题（整理），同样会卡顿

候选者：不过，技术实现就是一种trade-off（权衡），不可能你把所有的事情都做得很完美

候选者：了解这个过程，是非常有趣的

面试官：那G1垃圾收集器你了解吗

候选者：只了解一点点，不能多了

候选者：不过，留到下次吧，先让你消化下，不然怕你顶不住了。

本文总结：

• CMS垃圾回收器设计目的：为了避免「老年代 GC」出现「长时间」的卡顿（Stop The World）
• CMS垃圾回收器回收过程：初始标记、并发标记、并发预处理、重新标记和并发清除。初始标记以及重新标记这两个阶段会Stop The World
• CMS垃圾回收器的弊端：会产生内存碎片&&需要空间预留：停顿时间是不可预知的

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