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大家好，今天我们来深入探讨JVM垃圾回收机制中备受关注的老年代垃圾回收器——CMS（Concurrent Mark Sweep）。

CMS垃圾回收算法：标记-清理

CMS的核心算法是标记-清理。简单来说，它分为两个主要步骤：

1. 标记： 从GC Roots出发，遍历所有可达对象，标记为存活对象。不可达的对象则被标记为垃圾对象。

2. 清理： 将标记为垃圾的对象从内存中移除，释放空间。

CMS执行过程：并发与暂停的交织

CMS最大的特点在于它尽可能地与应用程序并发执行，减少垃圾回收对系统性能的影响。整个过程分为四个阶段：

1. 初始标记（Initial Mark）： 会发生Stop The World (STW)，短暂暂停所有应用程序线程，快速标记GC Roots直接引用的对象。

2. 并发标记（Concurrent Mark）： 应用程序线程继续运行，CMS线程同时进行GC Roots追踪，标记所有可达对象。

3. 重新标记（Remark）： 会发生Stop The World (STW)，再次短暂暂停应用程序线程，标记并发标记阶段新创建或变为垃圾的对象。

4. 并发清理（Concurrent Sweep）： 应用程序线程继续运行，CMS线程清理标记为垃圾的对象。

CMS的优势与应用场景

• 并发执行： 最大程度减少垃圾回收对应用程序的影响，适用于对响应时间要求较高的应用场景。

• 低停顿： 除了初始标记和重新标记阶段的短暂暂停，其他阶段与应用程序并发执行，减少了停顿时间。

• 适用场景： 适用于老年代对象存活时间较长、对响应时间敏感的应用程序，如Web服务器、应用服务器等。

• 老年代垃圾回收器： CMS的设计目标是减少垃圾回收停顿时间，这对于老年代尤为重要。老年代通常存储生命周期较长的对象，如果采用STW时间较长的垃圾回收算法，会严重影响应用程序的响应性能。

CMS的不足与优化策略

• 内存碎片：

• 问题： 标记-清理算法容易产生内存碎片，可能导致分配大对象时空间不足。

  • 解决方案：

  • 开启整理碎片功能：-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection参数，在Full GC时进行内存碎片整理（JDK 9后已弃用）。

  • 设置整理频率：-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction参数，设置进行多少次Full GC后进行一次碎片整理。

• 浮动垃圾：

  • 问题： 并发清理阶段产生的垃圾无法及时清理，可能导致并发模式失败（Concurrent Mode Failure）。

  • 解决方案： 调整CMS GC触发时机：通过-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction参数，降低CMS GC的触发阈值，提前进行垃圾回收。

• CPU资源占用：

  • 问题： 并发执行需要占用额外的CPU资源，可能对应用程序性能产生一定影响。

  • 解决方案： 调整CMS GC线程数：通过-XX:ConcGCThreads参数，控制CMS GC线程数，减少对应用程序的影响。

CMS垃圾回收器通过并发执行和低停顿的特点，为Java应用程序提供了更流畅的用户体验。尤其适用于老年代垃圾回收，能有效减少长时间的停顿，提升应用的响应性能。虽然CMS存在内存碎片、浮动垃圾和CPU占用等问题，但可以通过合理的参数调优来缓解这些问题，使其更好地服务于我们的应用程序。