CMS（Concurrent Mark-Sweep）是 Java 中一种以低延迟为目标的垃圾回收器，主要用于老年代的垃圾回收。CMS 的核心思想是通过并发标记和并发清除来减少 STW（Stop-The-World）时间，从而降低垃圾回收对应用程序的影响。以下是 CMS 垃圾回收的详细流程：
CMS 垃圾回收的流程
1. 初始标记（Initial Mark）
- 目标：标记从 GC Roots 直接可达的对象。
- 特点：
- 这是一个 STW 阶段，会暂停所有应用线程。
- 初始标记阶段通常与年轻代垃圾回收（Minor GC）一起执行，以减少额外的停顿时间。
- 触发条件：老年代空间使用率达到一定阈值（通过
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction参数设置）。
2. 并发标记（Concurrent Mark）
- 目标：遍历整个老年代，标记所有存活对象。
- 特点：
- 这是一个并发阶段，应用线程可以继续运行。
- 由于应用线程同时运行，对象图可能会发生变化，因此 CMS 使用**写屏障（Write Barrier）**来记录引用变化。
- 问题：
- 可能会产生浮动垃圾（Floating Garbage），即一些已经被标记为存活的对象实际上已经变成垃圾。
3. 并发预清理（Concurrent Preclean）
- 目标：处理在并发标记期间被修改的对象引用，减少重新标记阶段的工作量。
- 特点：
- 这是一个并发阶段，应用线程可以继续运行。
- CMS 会重新扫描被修改的对象，并处理写屏障记录的引用变化。
4. 重新标记（Remark）
- 目标：处理在并发标记和并发预清理期间遗漏的对象，确保所有存活对象都被正确标记。
- 特点：
- 这是一个 STW 阶段，会暂停所有应用线程。
- CMS 使用**增量更新（Incremental Update）**算法，重新扫描被修改的对象。
- 问题：
- 由于需要处理所有遗漏的对象，重新标记阶段可能会导致较长的停顿时间。
5. 并发清除（Concurrent Sweep）
- 目标：清除未被标记的对象（即垃圾对象）。
- 特点：
- 这是一个并发阶段，应用线程可以继续运行。
- CMS 会清理老年代中的垃圾对象，释放内存空间。
- 问题：
- 可能会产生浮动垃圾（Floating Garbage），这些浮动垃圾会在下一次垃圾回收时被清理。
6. 并发重置（Concurrent Reset）
- 目标：重置 CMS 内部的数据结构，为下一次垃圾回收做准备。
- 特点：
- 这是一个并发阶段，应用线程可以继续运行。
- CMS 会清理内部状态，准备下一次垃圾回收。
CMS 垃圾回收的总结
| 阶段 | 特点 | 是否 STW |
|---|---|---|
| 初始标记 | 标记 GC Roots 直接可达的对象，通常与年轻代垃圾回收一起执行 | 是 |
| 并发标记 | 遍历老年代，标记所有存活对象 | 否 |
| 并发预清理 | 处理并发标记期间被修改的对象引用 | 否 |
| 重新标记 | 处理遗漏对象，确保所有存活对象都被正确标记 | 是 |
| 并发清除 | 清除未被标记的对象，释放内存空间 | 否 |
| 并发重置 | 重置 CMS 内部数据结构，为下一次垃圾回收做准备 | 否 |
CMS 垃圾回收的特点
- 低延迟：通过并发标记和并发清除，减少 STW 时间。
- 浮动垃圾：由于并发执行，可能会产生浮动垃圾，这些浮动垃圾会在下一次垃圾回收时被清理。
- 内存碎片：CMS 使用标记-清除算法，不会压缩堆内存，可能会导致内存碎片。
- 触发条件：老年代空间使用率达到一定阈值时触发。
CMS 的适用场景
- 低延迟应用：如实时系统、交互式应用等，对停顿时间敏感的场景。
- 中等规模堆内存：CMS 适用于堆内存大小在几 GB 到几十 GB 之间的应用。
CMS 的局限性
- 内存碎片：由于 CMS 不会压缩堆内存，长时间运行后可能会导致内存碎片，从而触发 Full GC。
- 浮动垃圾：并发执行可能导致浮动垃圾，增加内存占用。
- CPU 资源消耗：并发标记和并发清除会占用一定的 CPU 资源，可能影响应用程序的性能。
总结
CMS 垃圾回收器通过并发标记和并发清除来减少 STW 时间，适用于对低延迟要求较高的应用场景。然而，它也存在内存碎片和浮动垃圾等问题，需要根据具体应用场景进行调优和选择。随着 G1 和 ZGC 等新一代垃圾回收器的发展，CMS 已逐渐被淘汰，但在某些特定场景下仍然有其应用价值。
THE END
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