JVM中的垃圾收集器 -- CMS

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分类专栏： jvm--杂谈 文章标签： java 程序人生 经验分享
于 2015-10-04 13:08:38 首次发布
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一、概述

简介：

触发时机：

第一次启动的时机：

之后启动的时机：

参数：

收集算法：

GC类型：

收集范围

二、CMS GC过程：  

1、初始标记(CMS-initial-mark)：

标记对象：

哪些对象会被标记：

标记方式：

图示：

2、并发标记(CMS-concurrent-mark)：

哪些对象会被标记：

 跨代引用对象的标记：

标记方式：

对象漏标：

对象误标：

对象漏标的解决：

3、并发预清理（CMS-concurrent-preclean）： 

哪些对象会被标记：

标记方式：

Dirty Card恢复成正常的Card：

4、可中断的并发预清理阶段（ CMS-concurrent-abortable-preclean）：

触发条件：

中断条件：

哪些对象会被标记：

标记方式：

参数：

5、重新标记(CMS-remark)：

哪些对象会被标记：

标记方式：

参数：

6、并发清除(CMS-concurrent-sweep)：

哪些对象会被清除：

清除方式：

浮动垃圾：

7、并发重设(CMS-concurrent-reset)：

工作内容：

工作方式：

三、CMS GC失败后的预案：

四、CMS GC的两种模式：

background模式：

foreground模式：

五、一次CMS GC耗时统计

六、CMS收集器的替代品

一、概述

  • 简介：

    • CMS收集器是一种以获取最短回收停顿为目标的收集器。
    • 由于GC线程在耗时最长的并发标记阶段、并发清除阶段、并发重设阶段都是与用户线程一起工作的，所以从总体上来说，CMS收集器的gc线程是与用户线程并发执行的。

  • 触发时机：

    • 第一次启动的时机：

      • 老年代占用率达到CMSInitiatingOccupancyFraction值（默认为92%）时，jvm会启动第一次CMS GC。

    • 之后启动的时机：

      • jvm自动判断。

    • 参数：

      • -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
        • 命令JVM不要根据运行时收集的数据来判断什么时候开始gc，而是根据CMSInitiatingOccupancyFraction的值来判断是否进行CMS收集，一般不会打开该开关。
      • -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
        • 设置触发第一次CMS GC的阈值，老年代占用率达到该值时，jvm会启动第一次CMS GC，默认为92%。

  • 收集算法：

    • 使用标记-清除算法。

  • GC类型：

    • major gc：只收集老年代。

  • 收集范围

    • 整个老年代。

二、CMS GC过程：  

1、初始标记(CMS-initial-mark)：

  • 标记对象：

    • 一个对象被标记，说明这个对象还存活着，不能被收集器回收。

  • 哪些对象会被标记：

    • 老年代中所有被根对象(GC Roots)直接引用的对象会被标记。
    • 老年代中被年轻代中存活对象直接引用的对象会被标记。

  • 标记方式：

    • 该阶段需要Stop the word，因为仅标记少量节点，所以该阶段带来的暂停时间很短。

  • 图示：

    CMS initial mark

2、并发标记(CMS-concurrent-mark)：

  • 哪些对象会被标记：

    • 从初始标记阶段标记的对象出发，沿着引用链往下检索(RootsTracing)，标记出引用链上所有老年代中存活的对象。

  •  跨代引用对象的标记：

  • 标记方式：

    • gc线程和应用程序线程是并发执行的，故在并发标记期间可能存在对象的漏标和错标的问题。

  • 对象漏标：

    • 场景1：在并发标记期间有新的对象进入到老年代（新生代的对象晋升到老年代、在老年代中直接分配对象等），这些新进入老年代的对象没有被标记。
    • 场景2：在并发标记期间用户线程修改了存活对象A(已标记)的某个字段：将这个字段指向了一个未被标记过的对象B，那么此时对象B就由(并发标记开始时的)不可达变为可达了，但是对象B却没有被标记。

  • 对象误标：

    • 某个存活对象（如下图的current obj）的某个字段引用着对象A，在并发标记期间用户线程将该字段修改为引用对象B，那么此时对象A就由(并发标记开始时的)可达变为不可达了，但是对象A却已经被标记过了。

      CMS concurrent marking

  • 对象漏标的解决：

    • 在并发标记阶段，一些对象的引用可能已经发生了变化（导致对象漏标或误标），jvm会将这些引用发生变化的对象（包括新进入老年代的对象）所在的Card标记为Dirty Card。

      CMS dirty cards

3、并发预清理（CMS-concurrent-preclean）： 

  • 哪些对象会被标记：

    • 从Dirty Card中包含的对象开始，沿着引用链往下检索(RootsTracing)，标记出引用链上所有老年代中存活的对象。

  • 标记方式：

    • gc线程和应用程序线程并发执行。
    • 并发预清理的目的是为了减少重新标记阶段的工作，进而减少STW的时间。

  • Dirty Card恢复成正常的Card：

    • 当Dirty Card中所有对象的引用链都检索完成后，这个Card的Dirty标识就被清除了。

      CMS concurrent preclean

4、可中断的并发预清理阶段（ CMS-concurrent-abortable-preclean）：

  • 触发条件：

    • 在并发预清理阶段执行完成之后，如果eden区的占用量大于CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold(默认为2M) ，则会触发本阶段执行。

  • 中断条件：

    • eden区的占用量大于CMSScheduleRemarkEdenPenetration(默认50%)，则中断本阶段。
    • 本阶段执行时间大于 CMSMaxAbortablePrecleanTime，则中断本阶段。

  • 哪些对象会被标记：

    • 和并发预清理阶段标记的对象一样。

  • 标记方式：

    • gc线程和应用程序线程并发执行，gc线程的标记工作可以被中断。
    • 在可中断的并发预清理阶段，jvm期望发生一次minor gc，这样年轻代中无用的对象就被回收掉了，进而可以减少remark阶段扫描对象的数量。
    • 并发预清理的目的同样也是为了减少重新标记阶段的工作，进而减少STW的时间。

  • 参数：

    • -XX:+CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold    
      •  eden区占用量大于该值时(默认为2M)，触发可中断的并发预清理阶段启动。
    • -XX:CMSScheduleRemarkEdenPenetration
      • 表示eden区使用比例超过制定比例就结束该阶段进入remark阶段。
      • 默认50%，即：-XX:CMSScheduleRemarkEdenPenetration=50
    • -XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime
      • 如果可中断的预清理执行时间超过该值，那么无论minor gc有没有发生，该阶段都会立即结束，然后进入remark阶段，这样是为了避免因没有等到minor gc而陷入无限等待。
      • 默认5秒，即：-XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=5000

5、重新标记(CMS-remark)：

  • 哪些对象会被标记：

    • 重新标记在并发标记期间遗漏的对象。  
    • 新生代对象可能持有老年代中对象的引用，故CMS-remark阶段扫描对象的范围是整个堆，故堆(新生代+老年代)中对象的数目影响了Remark阶段耗时。
      • 新生代：扫描新生代中所有的区域。
      • 老年代：从Dirty Card中包含的对象开始，沿着引用链往下检索(RootsTracing)，标记出引用链上所有老年代中存活的对象。

  • 标记方式：

    • 因为并发预清理是并发执行的，所以对象的引用可能会发生进一步的改变，故jvm在该阶段需要STW，以确保在清理之前保持一个正确的对象引用视图。
    • 一般重新标记阶段的暂停时间是比较长的。

  • 参数：

    • -XX:+CMSScavengeBeforeRemark
      • 在remark前强制进行一次minor gc，这样在一定程度上降低了重新标记阶段对“遗漏”对象的扫描时间。
    • -XX:+CMSParallelRemarkEnabled
      • 可以并行remark，减少暂停的时间
  • JVM - GC过程中存活对象的标记_A__17的博客-优快云博客

6、并发清除(CMS-concurrent-sweep)：

  • 哪些对象会被清除：

    • 未被标记的对象。

  • 清除方式：

    • gc线程和应用程序线程并发执行。
    • 使用标记-清除法回收清除老年代的垃圾对象(未被标记的对象)

      CMS concurrent sweep

  • 浮动垃圾：

    • 概念：在并发清除阶段产生的垃圾称为浮动垃圾。
    • 说明：浮动垃圾在本次gc中是无法清除的，只能等到下次清理。

7、并发重设(CMS-concurrent-reset)：

  • 工作内容：

    • 对记录标记对象的表等数据结构做重置处理，为下一次GC做准备。

  • 工作方式：

    • 并发重设线程和应用程序线程是并发执行的。

三、CMS GC失败后的预案：

  • 如果CMS运行期间预留的内存无法满足程序需要，那么就会出现一次“Concurrent Mode Failure”失败，此时JVM将启动后备预案：
  • 使用Serial Old收集器重新对老年代进行gc，这样一来，停顿时间就会很长。

四、CMS GC的两种模式：

  • background模式：

    • 触发条件：old的内存占比超过多少的时候就可能触发一次background式的cms gc
    • 其中background顾名思义是在后台做的，也就是可以不影响正常的业务线程跑，这个过程会经历CMS GC的所有阶段，该暂停的暂停，该并行的并行，效率相对来说还比较高，毕竟有和业务线程并行的gc阶段；

  • foreground模式：

    • 触发条件：比如业务线程请求分配内存，但是内存不够了，于是可能触发一次cms gc
    • 这个过程就必须是要等内存分配到了线程才能继续往下面走的，因此整个过程必须是STW的，因此CMS GC整个过程都是暂停应用的，但是为了提高效率，它并不是每个阶段都会走的，只走其中一些阶段，这些省下来的阶段主要是并行阶段，Precleaning、AbortablePreclean，Resizing这几个阶段都不会经历，其中sweep阶段是同步的，但不管怎么说如果走了类似foreground的cms gc，那么整个过程业务线程都是不可用的，效率会影响挺大。
  • 参考：JVM源码分析之SystemGC完全解读 - 你假笨

五、一次CMS GC耗时统计

六、CMS收集器的替代品

G1收集器

 参考：

第4篇：详解ParNew、CMS垃圾回收器参数配置及工作原理
Mango的博客
07-25 1123
文章目录前言一、pandas是什么？二、使用步骤1.引入库2.读入数据总结 前言 提示：这里可以添加本文要记录的大概内容： 例如：随着人工智能的不断发展，机器学习这门技术也越来越重要，很多人都开启了学习机器学习，本文就介绍了机器学习的基础内容。 提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考 一、pandas是什么？ 示例：pandas 是基于NumPy 的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。 二、使用步骤 1.引入库 代码如下（示例）： import numpy as np import
JVM CMS垃圾收集器详解
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JVM常用垃圾回收器的特点、优劣势、使用场景和参数设置
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垃圾回收器详解参考地址 新生代回收器：Serial、ParNew、parallel 老年代回收器：Serial Old、CMS、Parallel Old 新生代和老年代回收器：G1 JVM GC垃圾回收器参数设置 JVM给出了3种选择：串行收集器、并行收集器、并发收集器。 串行收集器只适用于小数据量的情况，所以生产环境的选择主要是并行收集器和并发收集器。默认情况下JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他收集器需要在启动时加入相应参数。JDK5.0以后，JVM会根据当前系统配置进行智能判断。 串
【JVM】JVM垃圾收集器：CMS垃圾收集器深入解析
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白色对象的引用关系时， 就将这个要删除的引用记录下来， 在并发扫描结束之后， 再将这些记录过的引用关系中的灰色对象为根， 重新扫描一次，这样就能扫描到白色的对象，将白色对象直接标记为黑色(目的就是让这种对象在本轮gc清理中能存活下来，待下一轮gc的时候重新扫描，这个对象也有可能是浮动垃圾)，那么老年代的对象也应该加入gc roots的范围中，但是如果每次进行young gc我们都需要扫描一次老年代的话，那我们进行垃圾回收的代价实在是太大了，因此我们引入了一种叫做记忆集的抽象数据结构来记录这种引用关系。
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