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CMS垃圾回收器

Mr.Wang大约 5 分钟《面试1v1》

我是 javapub，一名 Markdown 程序员从👨‍💻，八股文种子选手。

： 小伙子,CMS 垃圾收集器跟我讲讲?

CMS全称Concurrent Mark Sweep,是一种并发标记清除算法。它并发执行与用户程序,减少垃圾收集时程序暂停的时间。

： 说白了,CMS就是为了减少卡顿吧?

是的,CMS 的核心目标就是达到并发收集、减少停顿。它的工作流程如下:

  1. 初始标记:只标记GC Roots能直接关联的对象,速度快,与用户线程共享运行,不需要Stop The World。
// 初始标记代码示例
private void initialMark() {
    for (Object obj : strongRefs) {
        CMSCollector.mark(obj);
    }
}
  1. 并发标记:从GC Roots开始递归的标记对象图,与用户线程一起工作,需要部分STW阶段。
  2. 最终标记:修正在并发标记期间并发修改导致的错误标记,需要STW。
  3. 并发清除:与用户线程一起工作,清除被标记的对象,不需要STW。
  4. 并发重置:与用户线程一起工作,为下一次GC做准备,不需要STW。

： 说说并发标记和最终标记的区别?

  • 并发标记阶段与用户线程一起运行,在标记过程中对象图可能被修改,会产生”脏标记“。需要最终标记修正。
  • 最终标记阶段需要Stop The World,去修正并发标记期间的”脏标记“,确保正确的标记对象。
  • 如果没有最终标记阶段,并发标记的”脏标记“会导致非垃圾对象被清除,或者垃圾对象未被清除。
  • 所以,最终标记阶段是CMS算法关键,它通过STW去修正并发阶段的错误”脏标记“,使得CMS并发标记清除算法成为可能。

： CMS 收集器的优缺点分别是什么?

CMS 收集器的主要优点是并发收集、低停顿,适用于对响应时间有要求的场景。 但是CMS也有一些缺点:

  1. 会产生大量空间碎片,空间利用率低。
  2. 标记和清除过程需要占用CPU资源,并发时会对程序性能产生一定影响。
  3. 并发执行时,需要处理一致性问题,会加大开发难度。
  4. 只适用于老年代回收,新生代仍需其他收集器配合。
  5. 浮动垃圾可能带来更长的GC停顿时间,不适用于需要极低停顿的场景。

所以,CMS 是一款比较经典的低停顿收集器,但也存在一定的缺陷, v在JDK9后G1成为了更好的选择。但CMS算法本身的思想仍然值得我们学习。

： 说说CMS 收集器的“碎片化”问题?

CMS 是一种标记-清除算法,它会产生大量空间碎片,空间利用率低是一个缺点。这是因为:

  1. 在并发标记阶段,需与用户程序同时运行,无法移动对象。
  2. 在并发清除阶段,直接清除标记的垃圾对象,留下空隙。
  3. 这些空隙会产生空间碎片,并不连续,但空间可能不足以分配较大对象。
  4. 空间利用率降低,达不到理想状态,需要更频繁的Major GC来整理空间。 我们可以从JVM源码中看到CMSCollector在清除对象后直接造成碎片:
//CMSCollector.java
private void sweep phase() {
    for (Object obj : markedObjects) { 
        freeMemory(obj); // 直接清除,产生碎片
    }
}

为解决这个问题,CMS做了一些努力:

  1. 采用Free-list维护小块空闲空间, satisfiy小对象分配。
  2. 对象晋升到老年代时预留一定空间减少碎片。
  3. 空间报警触发Minor GC和Full GC,做空间整合。
  4. 可配置启动Incremental CMS模式,进入并发清理阶段做连续空间整理。

但由于算法的限制,CMS仍无法完全解决碎片空间问题,这也是它被G1等收集器替代的原因之一。

： 谢谢详细的解释!CMS 收集器虽然有缺陷,但它的并发标记清除思想影响了后续的垃圾回收算法。

是的,CMS 收集器提出了并发收集和低停顿的理念,其中的并发标记清除算法也为之后G1等收集器奠定了基础。它的关键思想值得我们学习:

  1. 将清理过程分为并发和STW两个阶段,大大减少停顿。
  2. 通过最终标记修正并发阶段的”脏标记“,使得并发标记成为可能。
  3. 采用Free-list和预留空间等手段减轻空间碎片问题。
  4. 根据空间利用率与GC时间的平衡,选择满足需求的收集频率。

这些思想为我们设计低停顿、高效的GC算法提供了参考,CMS也因此成为Java垃圾收集史上的里程碑。所以,尽管它有缺陷,但它的算法思想和理念仍十分值得我们学习。

： 很好,你对CMS收集器的理解已经相当透彻!希望你在日后继续深入学习其他垃圾收集算法。

非常感谢您的夸奖和建议!我会继续努力学习和研究垃圾收集theory与实践,包括G1、ZGC、Epsilon等算法与案例。谢谢您的提问,让我有机会深入梳理CMS以及Java垃圾收集机制,收获颇丰!

： 看来有点东西，你先等一下！

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