30、【对线面试官】CMS垃圾回收器
今天还是来聊聊CMS垃圾收集器呗？
- 如果用Seria和 Parallel系列的垃圾收集器：在垃圾回收的时，用户线程都会完全停止，直至垃圾回收结束！
- CMS的全称： Concurrent Mark Sweep，翻译过来是「并发标记清除」
- 用CMS对比上面的垃圾收集器（ Seria和Parllel和 parNew）：它最大的不同点就是「并发」：在GC线程工作的时候，用户线程「不会完全停止」，用户线程在「部分场景下」与GC线程一起并发执行
- 无论是什么垃圾收集器， Stop The Word/是一定无法避免的！
- CMS只是在「部分」的GC场景下可以让GC线程与用户线程并发执行
- 目的：为了避免「老年代GC」出现「长时间」的卡顿（ Stop The Word )
CMS工作流程
CMS可以简单分为5个步骤：初始标记、并发标记、并发预清理、重新标记以及并发清除
从步骤可看出，CMS主要是实现了「标记清除」垃圾回收算法
「初始标记」
- 「初始标记」会标记 GCroots「直接关联」的对象以及「年轻代」指向「老年代」的对象
- 「初始标记」这个过程是会发生 Stop The Word的。但这个阶段的速度算是很快的，因为没有「向下追溯」（只标记一层）
「并发标记」
- 「并发标记」这个过程是不会停止用户线程的（不会发生 Stop The Word）。这一阶段主要是从 GC Roots向下「追溯」，标记所有可达的对象
- 并发标记」在GC的角度而言，是比较耗费时间的（需要追溯）
「并发预处理」
- 「并发预处理」这个阶段主要是：希望能减少下一个阶段「重新标记」所消耗的时间
- 因为下一个阶段「重新标记」是需要Stop The World的，「并发标记」这个阶段由于用户线程是没有被挂起的，所以对象是有可能发生变化的
- 可能有些对象，从新生代晋升到了老年代。可能有些对象，直接分配到了老年代（大对象）。可能老年代或者新生代的对象引用发生了变化
「重新标记」
- 「重新标记」阶段会 Stop The Word，这个过程的停顿时间其实很大程度上取决于上面「并发预处理」阶段
- 这是一个追赶的过程：边在标记存活对象，一边用户线程在执行产生垃圾）
「并发清除」
- 一边用户线程在执行，一边GC线程在回收不可达的对象
- 这个过程，还是有可能用户线程在不断产生垃圾，但只能留到下一次GC进行处 理了，产生的这些垃圾被叫做“浮动垃圾”
- 完了以后会重置CMS算法相关的内部数据，为下一次GC循环做准备
为什么要扫年轻代？
- CMS主要回收老年代的对象。年轻代有可能会指向老年代的对象，不扫就不知道是不是垃圾了
「并发预处理」问题解决
- 针对老年代的对象，其实还是可以借助类 card table的存储（将老年代对象发生变化所对应的卡页标记为 dirty）
- 所以「并发预处理」这个阶段会扫描可能由于「并发标记」时导致老年代发生变化的对象，会再扫描一遍标记为diy的卡页
- 对于新生代的对象，我们还是得遍历新生代来看看在「并发标记」过程中有没有对象引用了老年代.
- JVM里给我们提供了很多「参数」，有可能在这个过程中会触发一次minor GC（触发了 minor GC是意味着就可以更少地遍历新生代的对象）
相比G1，那你觉得CMS有什么缺点呢？
1.空间需要预留：CMS垃圾收集器可以一边回收垃圾，一边处理用户线程，那需要在这个过程中保证有充足的内存空间供用户使用。
- 如果CMS运行过程中预留的空间不够用了，会报错（ Concurrent Mode Failure），这时会启动 Serial Old垃圾收集器进行老年代的垃圾回收，会导致停顿的时间很长
2.内存碎片问题：CMS本质上是实现了「标记清除算法」的收集器（从过程就可以看得出），这会意味着会产生内存碎片
- 由于碎片太多，又可能会导致内存空间不足所触发 full GC，CMS一般会在触发full GC这个过程对碎片进行整理
- 整理涉及到「移动」/「标记」，那这个过程肯定会 Stop The Word的，如果内存足够大（意味着可能装载的对象足够多），那这个过程卡顿也是需要一定的时间的。
使用CMS的弊端好像就是一个死循环
- 1.内存碎片过多，导致空间利用率减低。
- 2.空间本身就需要预留给用户线程使用，现在碎片内存又加剧了空间的问题，导致有可能垃圾收集器降级为 Serial old，卡顿时间更长
- 3.要处理内存碎片的问题（整理），同样会卡顿
总结
CMS把垃圾回收的过程给"细分"了，然后在某些阶段可以不停止用户线程，一边回收垃圾，一边处理请求，来减少每次垃圾回收时 Stop The Word的时间
中间也做了很多的优化（ dirty card标记、可能中途触发 minor gca等等，在我理解下，这些都提供了CMS的相关参数配置
CMS垃圾回收器设计目的：
- 为了避免「老年代 GC」出现「长时间」的卡顿（Stop The World）
CMS垃圾回收器回收过程：
- 初始标记、并发标记、并发预处理、重新标记和并发清除。初始标记以及重新标记这两个阶段会Stop The World
CMS垃圾回收器的弊端：
- 会产生内存碎片&&需要空间预留：停顿时间是不可预知的
