CMS垃圾收集器原理

一般我们老年代的垃圾收集器都是使用的CMS（Concurrent Mark Sweep）。CMS使用的是标记-清理算法，工作流程大致是先标记需要回收的对象，然后回收垃圾，最后将存活的对象整理到一边，防止出现太多的内存碎片。有人说这不就是标记-整理算法吗，但是标记整理算法的步骤是先标记需要回收的对象，然后将存活的对象整理到一边，最后才将端边界之外的可回收对象清理。

因为在垃圾收集的时候，必然会产生“Stop the World”时间，让系统短暂不可用，所以CMS垃圾回收器采取的是垃圾回收线程和工作线程尽量同时执行的模式，减少系统的停顿。

CMS垃圾收集器分为4个阶段

1. 初始标记

这个阶段需要STW（Stop the World），会停止所有的工作线程，然后标记所有GC Roots直接引用的对象，一般方法的局部变量和类的静态变量是GC Roots。这个阶段虽然会停止工作线程，但是标记GC Roots直接引用的对象速度非常块，所以影响很小。

2. 并发标记

这个阶段工作线程和垃圾回收线程会一起工作，工作线程不停的创造新的对象，也有一些存活的对象失去引用，变成了垃圾对象，垃圾回收线程会将那些GC Roots可达的对象都标记出来。这个阶段是最耗时的阶段，因为是对老年代所有的对象进行GC Roots追踪，但是因为工作线程也在同时运行，所以不会让系统停顿。

2.5.并发预清理

这个阶段其实是为了给重新标记阶段减少工作量，此阶段标记从新生代晋升的对象、新分配到老年代的对象以及在并发阶段被修改了的对象。那如果老年代的对象引用到了新生代的GC Roots，如何来判断这个对象是否是存活的对象呢，那就需要扫描新生代来保证这个对象是否存活。全量扫描新生代和老年代的速度太慢，所以确定新生代对象是否存活需要进行一次Minor GC,这样就可以确认哪些新生代的对象存活，至于老年代，有一个CARD TABLE，CMS将老年代的空间分成大小为512bytes的块，CARD TABLE中的每个元素对应着一个块在并发标记阶段。老年代的对象引用发生了改变，这个对象所在的块就会被标记为Dirty Card，Minor GC通过扫描CARD TABLE，就可以识别到老年代的对象引用了新生代的对象，并将老年代的对象标记为可达，同时清除Dirty Card标记。

3. 重新标记

因为在并发标记阶段中工作线程也是在同步工作的，所以会有一些存活的对象和一些失去引用的垃圾对象会被遗漏，因此重新标记阶段需要STW，来把并发标记中变动过的少数对象进行标记，所以这个阶段的速度也很快。

4. 并发清理

这个阶段恢复了工作线程，同时把标记出来的垃圾对象进行回收。

CMS垃圾收集器的收集过程如图所示，CMS的优化点就是尽可能的减少STW时间，从而减少系统的卡顿，其中初始标记和重新标记阶段需要STW，但是一个是标记直接引用的对象，一个是对并发标记修改的少量对象进行标记，所以都不是很耗时，所以STW的时间很短，最耗时的并发标记和并发清理阶段，工作线程和垃圾处理线程都是同时工作的，不会很大程度上影响系统的运行。