JVM 调优实战 - JVM老年代垃圾回收器CMS的内部工作机制

CMS (Concurrent Mark Sweep) 是一款低停顿时间的垃圾回收器，主要设计用于老年代的垃圾回收。CMS 通过使用并发的方式减少应用程序的暂停时间，使其成为对响应时间敏感的应用程序的理想选择。下面详细介绍CMS垃圾回收器的内部工作机制。

CMS 的工作原理

CMS 主要分为四个阶段：

1. 初始标记 (Initial Marking)

   • 描述：这是一个短暂的STW (Stop-The-World) 阶段，用于标记出GC Roots直接可达的对象。
   • 特点：非常快速，因为只需要标记GC Roots直接可达的对象。
   • 并发性：此阶段是单线程的，所有应用程序线程都会被暂停。

2. 并发标记 (Concurrent Marking)

   • 描述：这个阶段是真正执行标记工作的阶段，它与应用程序线程并发执行。
   • 特点：此阶段耗时较长，但由于是并发执行的，因此不会导致应用程序暂停。
   • 并发性：此阶段与应用程序线程并发执行，只有很少的STW时间。

3. 重新标记 (Remark)

   • 描述：在并发标记阶段结束后，还需要进行一次短暂的STW阶段，以修正并发标记期间被修改的对象。
   • 特点：此阶段同样非常快速，但它需要暂停所有应用程序线程。
   • 并发性：此阶段是单线程的，所有应用程序线程都会被暂停。

4. 并发清除 (Concurrent Sweep)

   • 描述：在重新标记之后，CMS会并发清除已经标记为不可达的对象。
   • 特点：此阶段也是与应用程序线程并发执行的，不会导致应用程序暂停。
   • 并发性：此阶段与应用程序线程并发执行。

CMS 的特点

1. 低停顿时间：由于大部分工作是在应用程序线程运行的同时并发进行的，因此总的STW时间较短。
2. 内存碎片问题：CMS 使用标记-清除算法，这会导致内存碎片问题。当可用内存不足时，CMS可能会执行一次Full GC，使用标记-压缩算法来整理内存。
3. 内存不足处理：如果CMS在并发清除阶段无法完成工作，因为内存不足，它会触发一次Full GC，这会导致较长的STW时间。
4. 配置选项：
   • 启用CMS：通过 -XX:+UseConcMarkSweepGC 参数启用CMS垃圾回收器。
   • 并发线程数：通过 -XX:ParallelCMSThreads 参数来指定并发标记阶段的工作线程数量。
   • 最小堆压缩：通过 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 参数来设置触发CMS回收的堆占用百分比。

CMS 的局限性

1. 内存碎片：由于CMS使用标记-清除算法，因此可能会导致内存碎片，这会影响后续对象的分配。
2. Full GC：当CMS无法完成垃圾回收时，可能会触发一次Full GC，这会导致较长的STW时间。
3. 配置复杂：CMS的配置相比其他垃圾回收器较为复杂，需要更多参数来调整其行为。

CMS 的配置示例

为了启用CMS垃圾回收器，你需要在启动Java应用程序时添加以下JVM参数：

-Xms<size> -Xmx<size> -XX:+UseConcMarkSweepGC
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其中 -Xms 和 -Xmx 分别指定了堆的初始大小和最大大小，-XX:+UseConcMarkSweepGC 表示使用CMS作为老年代的垃圾回收器。

总结

CMS 是一款专门为降低STW时间而设计的老年代垃圾回收器，它通过并发执行大部分工作来减少应用程序暂停的时间。尽管它在某些方面具有局限性，但对于响应时间敏感的应用程序来说，CMS 提供了一个很好的解决方案。

如果你有任何关于CMS的具体问题或者需要更深入的理解，请随时提问。