一文弄明白Java HotSpot 虚拟机 的CMS收集器：原理及使用场景
作者 ：吴潇
职位 ：Java软件工程师
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今天打算分析一下Concurrent Mark Sweep (CMS) 垃圾收集器。
1. CMS收集器概述
CMS收集器的设计目标是 优先降低GC停顿时间 （ 相对地降低吞吐量 ），并且适合于有足够CPU资源提供给GC 线程 使用的那些应用程序。所以，如果你需要较短的GC停顿时间并且CPU数量充足，那么建议使用CMS收集器。例如，如果应用程序有较多长期存活的对象，那么老年代就会很大，导致GC暂停时间很长，并且有至少2个以上cpu核，那么适合使用CMS收集器。
2. 启用CMS收集器的方法
-XX:+UseConcMarkSweepGC
CMS收集器针对新生代和老年代分别独立回收（新生代minor gc，老年代major gc）。因为新生代空间较小，老年代空间较大，所以GC暂停时间大部分是老年代的major gc导致的。因此，CMS用多个垃圾回收线程来track老年代中的存活对象，并且这些线程与用户线程一起并发执行，这样可以减少major gc的停顿时间。
3. CMS的垃圾收集过程
CMS收集器的major gc过程是基于”Mark-Sweep回收 算法 “实现的，也就是说它分为Mark和Sweep两大阶段。因为Mark阶段最消耗时间，所以为了减少停顿，Mark阶段又被细分为Initial Mark，Concurrent Mark和Remark这3个标记阶段。因此，CMS的major gc过程总共分为4个阶段，如下图所示：
其中，
initial mark阶段 ： 需要停顿（Stop The World） ，但是持续时间很短，只枚举出从GC Roots和新生代的中的对象可以直接引用到的对象。
concurrent mark阶段 ：与用户线程并发运行，持续时间长但是不会停顿，需要占用一些用户线程的CPU资源，这个阶段会把老年代中所有存活和不存活对象枚举出来。
remark阶段 ：因为concurrent mark阶段时间长并且是与用户线程并发运行，在这过程中，某些对象又会变成可回收，所以需要进行一些修正。remark阶段就是做这些修正的，并且修正过程 需要停顿 。这里的停顿时间比initial mark长一些。
sweep阶段 ：将前面标记对象的内存回收，这个阶段GC线程与用户线程并发运行。
4. Concurrent mode failure
以上是正常情况下的Major GC回收过程，关键的地方都图中有所体现。通过让执行时间最长的concurrent mark阶段与用户线程并发运行，减少了停顿时间。特殊情况：如果CMS回收过程还没有执行完，老年代的剩余空间就用完了，或者，当前老年代空间不能满足一次内存分配请求（可能对象较大），那么此时将停顿所有用户线程，执行Full GC直到回收过程结束（不再区分concurrent mark和remark），然后再恢复用户线程，如下图所示。
5. 哪些情况会触发Full GC
之前遇到面试官问我哪些情况会触发Full GC，当时羞涩的我只回答出来老年代空间不够及System.gc这两种情况。其实，触发Full GC的原因有以下几点：
- 老年代的空闲空间快要不够（上图所示就是这种情况），例如已用空间达到92%以上。
- 老年代的空间不能满足一次分配请求（碎片太多，要分配的对象太大）。
- 显式 调用System.gc()。
- 调试工具请求获取 JVM 堆内存相关信息。
希望以上总结出的几个要点对于各位今后面试有用（可能不全，欢迎补充）。
6. 其他
CMS收集器在发现 老年代即将变满 的时候就开始一轮回收操作，例如已用空间的百分比达到92%。这是默认值，可以通过-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N>修改。
我们没有讲CMS收集器的minor gc。因为minor gc非常简单，就是执行”Copy算法”而已，把eden空间中的对象往survivor空间拷贝。
minor gc也停顿，时间也很短，可以与remark阶段的暂停时间比较；minor gc可以在major gc的执行过程中发生，与major gc的停顿阶段交替运行，但是不会重叠，如图：
最后再补充说明一下，这本《 深入理解Java虚拟机 ：JVM高级特性与最佳时间》，虽然写的还行，但是跟JDK官方文档相比起来逊色太多而且有一些错误。如果 想把Java的垃圾回收相关知识理解好，少走弯路，建议看Java Platform, Standard Edition HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide 。上面提到的这本书可以作为帮助我们理解的参考资料。这是我走过的弯路，以为 多看几遍这本jvm的书就能理解JVM的想法太天真了 。
