垃圾回收CMS

Posted 2022-06-22

一、CMS

全称 Concurrent Mark Sweep，是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器。

1、并行，STW时间短暂。
2、没有压缩和整理，产生内存碎片。

对象在标记过程中，根据标记情况，分成三类：

1、白色对象，表示自身未被标记；
2、灰色对象，表示自身被标记，但内部引用未被处理；
3、黑色对象，表示自身被标记，内部引用都被处理；

二、CMS的收集过程分为5个步骤。

假设CMS GC之前的堆结构如下图：

1、初始标记（InitialMarking）

这是一个STW过程，主要分两步
1、标记GC Roots可达的老年代对象；
2、遍历GC Roots下的新生代对象能够可达的老年代对象；
3、此过程不对以上可达的老年代对象进行进一步的可达扫描。

结果：

2、并发标记和预清理（Marking&Precleaning&AbortablePreclean）

该阶段GC线程和应用线程并发执行，遍历InitialMarking阶段标记出来的存活对象，然后继续递归标记这些对象可达的对象。
这个过程应用线程在运行，可能Young GC也会发生，会发生以下的情况：
1、新生代对象晋升到老年代
2、在老年代分配对象
3、新老年代对象的引用发生变化。

结果：

2.1、那么如何处理并发标记过程中对象的变化呢？

CMS使用上一节讲过的Card Table来解决这个问题
并发标记过程中引用发生变化的对象所在的Card，在Card Table来记录为“脏卡”，这样在后面重新标记的时候会把这些对象也当做GC Root来遍历

但是Young GC如果发生，比方说：
1、并发标记还未扫描到脏卡1.
2、Young GC扫描完脏卡，并改变dirty到clean.
3、并发标记扫描，发现卡1已不是脏卡，则不会处理，这就造成了漏标。

2.2、如果解决以上的问题呢？

CMS中，有另一种数据结构（Mod Union Table）
Mod Union Table是一个位向量，每个单元的大小只有1位，每个单元对应一个Card(Card的大小是512字节，Card Table每一个单元的大小是1个字节)
在新生代GC处理dirty card之前，先把该card在Mod Union Table里面的对应项置位。
这样，CMS在执行重新标记阶段的时候，就会扫描Mod Union Table和card table里面被标记的项。

3、重新标记（STW的过程）

1、遍历新生代对象，重新标记
2、根据GC Roots，重新标记
3、遍历老年代的Dirty Card和Mod Union Table，重新标记

在第1步骤中，需要遍历新生代的全部对象，如果新生代的使用率很高，需要遍历处理的对象也很多，这对于这个阶段的总耗时来说，是个灾难（因为可能大量的对象是暂时存活的，而且这些对象也可能引用大量的老年代对象，造成很多应该回收的老年代对象而没有被回收，遍历递归的次数也增加不少），如果在这之前发生一次YGC，这样就可以避免扫描无效的对象。

CMS算法中提供了一个参数：CMSScavengeBeforeRemark，默认并没有开启，如果开启该参数，在执行该阶段之前，会强制触发一次YGC，可以减少新生代对象的遍历时间，回收的也更彻底一点。

4、并发清理

清理在标记阶段收集标识为不可达的对象

5、重置

清除数据结构，准备下一次并发收集。