JVM之CMS垃圾回收器

JVM之CMS垃圾回收器

 

CMS(Concurrent Mark-Sweep)是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。在启动JVM参数加上-XX:+UseConcMarkSweepGC ，这个参数表示对于老年代的回收采用CMS。

 

CMS采用的基础算法是：标记—清除。

 

 

 

CMS垃圾回收的过程

 

• 初始标记(STW initial mark)
• 并发标记(Concurrent marking)
• 并发预清理(Concurrent precleaning)
• 重新标记(STW remark)
• 并发清理(Concurrent sweeping)
• 并发重置(Concurrent reset)

 

    1. 初始标记 ：在这个阶段，需要虚拟机停顿正在执行的任务，官方的叫法STW(Stop The Word)。这个过程从垃圾回收的"根对象"开始，只扫描到能够和"根对象"直接关联的对象，并作标记。所以这个过程虽然暂停了整个JVM，但是很快就完成了。

    2. 并发标记 ：这个阶段紧随初始标记阶段，在初始标记的基础上继续向下追溯标记。并发标记阶段，应用程序的线程和并发标记的线程并发执行，所以用户不会感受到停顿。

    3. 并发预清理 ：并发预清理阶段仍然是并发的。在这个阶段，虚拟机查找在执行并发标记阶段新进入老年代的对象(可能会有一些对象从新生代晋升到老年代， 或者有一些对象被分配到老年代)。通过重新扫描，减少下一个阶段"重新标记"的工作，因为下一个阶段会Stop The World。

    4. 重新标记 ：这个阶段会暂停虚拟机，收集器线程扫描在CMS堆中剩余的对象。扫描从"跟对象"开始向下追溯，并处理对象关联。

    5. 并发清理 ：清理垃圾对象，这个阶段收集器线程和应用程序线程并发执行。

    6. 并发重置 ：这个阶段，重置CMS收集器的数据结构，等待下一次垃圾回收。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CMS缺点

 

• CMS回收器采用的基础算法是Mark-Sweep。所有CMS不会整理、压缩堆空间。这样就会有一个问题：经过CMS收集的堆会产生空间碎片。 CMS不对堆空间整理压缩节约了垃圾回收的停顿时间，但也带来的堆空间的浪费。为了解决堆空间浪费问题，CMS回收器不再采用简单的指针指向一块可用堆空 间来为下次对象分配使用。而是把一些未分配的空间汇总成一个列表，当JVM分配对象空间的时候，会搜索这个列表找到足够大的空间来hold住这个对象。

 

• 需要更多的CPU资源。从上面的图可以看到，为了让应用程序不停顿，CMS线程和应用程序线程并发执行，这样就需要有更多的CPU，单纯靠线程切 换是不靠谱的。并且，重新标记阶段，为空保证STW快速完成，也要用到更多的甚至所有的CPU资源。当然，多核多CPU也是未来的趋势！

 

• CMS的另一个缺点是它需要更大的堆空间。因为CMS标记阶段应用程序的线程还是在执行的，那么就会有堆空间继续分配的情况，为了保证在CMS回 收完堆之前还有空间分配给正在运行的应用程序，必须预留一部分空间。也就是说，CMS不会在老年代满的时候才开始收集。相反，它会尝试更早的开始收集，已 避免上面提到的情况：在回收完成之前，堆没有足够空间分配！默认当老年代使用68%的时候，CMS就开始行动了。 – XX:CMSInitiatingOccupancyFraction =n 来设置这个阀值。 

 

• 为什么要在使用率到70%~80%就要垃圾回收，因为有可能 CMS GC 还在进行，内存就不够了，这样会切换到 Serial Old GC，这个垃圾回收速度就非常快，因为这些原因，CMS也适合内存大些的JVM，最起码>=3G，太小的话会频繁触发CMS GC，还会因为内存碎片太多而空间不够用。

 

 

总结

 

CMS回收器减少了回收的停顿时间，但是降低了堆空间的利用率。

 

 

 

什么时候适合使用CMS

 

       如果你的应用程序对停顿比较敏感，并且在应用程序运行的时候可以提供更大的内存和更多的CPU(也就是硬件牛逼)，那么使用CMS来收集会给你带来好处。还有，如果在JVM中，有相对较多存活时间较长的对象(老年代比较大)会更适合使用CMS。

 

 

 

使用CMS垃圾回收的关键

 

• 老年代有足够的空间
• 启动CMS垃圾回收周期开始的时机——快到回收对象的速度比转移对象的速度块；这个可以设置老年代占用比例（– XX:CMSInitiatingOccupancyFraction =n），当去到这个比例就CMS回收

 

 

CMS垃圾回收器优化

 

1. 压缩内存碎片：设置下面两个参数

 

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection  

设置在垃圾收集器后是否需要一次内存碎片整理过程，仅在CMS收集器时有效

-XX:+CMSFullGCBeforeCompaction

设置CMS收集器在进行若干次垃圾收集后再进行一次内存碎片整理过程

 

通常两个参数是一起使用，并且在CMS垃圾回收器使用

 

 

2. 防止CMS GC时内存不够，进入Serial Old GC

 

• 压缩内存碎片，就是上面说的方法
• 增加老年代至少20%~30%，以延迟垃圾回收
• 减少对象从年轻代复制到老年代（加大年轻代、加多Survivor区，增加对象的岁数）

 

3. 优化CMS响应时间

 

从stop the world的步骤入手：分别是下面两个步骤：

• 初始标价，比较快速，不需要优化
• 重新标记：设置某个配置，在Full GC 之前做一次 Minor GC，减少对象

 

4. 优化CMS吞吐量

 

这个优化的目的，就是减少垃圾回收器占用CPU时间，把CPU留给应用计算

 

• 增加年轻代大小，j减少Minor GC的频率，从而减少Minor GC占用时间
• 增加老年代大小，减少Full GC的频率，减少碎片
• 优化堆大小，减少从年轻代复制到老年代的对象
• 优化CMS周期的启动