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CMSConcurrent Mark Sweep收集器是Java虚拟机中的一款并发收集器其设计目标是最小化停顿时间非常适合于对响应时间敏感的应用。与传统的串行或并行收集器不同CMS能够尽可能地让垃圾收集线程与用户线程同时运行从而减少应用程序的停顿时间。本文将详细介绍CMS收集器的工作流程。
CMS收集器的基本概念
CMS收集器采用“标记-清除”算法在整个GC过程中尽量保持与用户线程的并发执行。它由多个阶段组成每个阶段都有特定的任务并且根据是否需要暂停用户线程分为两类需要短暂暂停的阶段和完全并发的阶段。
CMS收集器的工作流程
CMS收集器的操作可以分为四个主要阶段以及一个额外的重置阶段 初始标记 (Initial Mark) 在这个阶段所有其他线程都会被暂停“Stop The World”, STW以便准确记录下直接从GC Roots可达的对象。这个过程非常快因为它只需要扫描根节点如栈帧中的引用、静态变量等而不需要遍历整个对象图。 并发标记 (Concurrent Mark) 此时用户线程恢复运行垃圾收集器开始从GC Roots出发沿着对象之间的引用关系递归地访问并标记所有存活的对象。由于用户线程在继续工作可能会导致已经标记过的对象状态发生变化因此需要额外的机制来确保正确性比如三色标记法中的增量更新或原始快照(SATB)。 重新标记 (Remark) 为了修正并发标记期间因用户程序继续运行而导致的标记变动此阶段会再次暂停所有应用线程进行快速的重新标记。主要处理的是那些在并发标记阶段新增加的引用关系或者删除了原有引用的情况以保证不会遗漏任何存活对象。尽管重新标记阶段也会造成短暂的STW但它的持续时间通常比初始标记稍长一些不过远远短于并发标记的时间。 并发清理 (Concurrent Sweep) 用户线程再次恢复运行垃圾收集器则负责清理掉所有未被标记的对象。在这个过程中如果有新创建的对象它们会被直接标记为黑色即存活对象并在当前GC周期内保留下来这有助于避免这些新对象成为浮动垃圾。 并发重置 (Concurrent Reset) 最后一步是对本次GC过程中使用的标记数据进行清理和重置为下次GC做准备。这一阶段也是完全并发的不影响应用程序的正常运行。
CMS收集器的特点与挑战 优点 低停顿时间通过并发执行减少了对用户线程的影响使得整体停顿时间较短。高吞吐量当CPU资源充足时可以有效地利用多核处理器的优势提高GC效率。 缺点 对CPU资源敏感由于需要与用户线程竞争CPU资源可能导致性能波动。浮动垃圾问题在并发标记和清理阶段产生的新垃圾不能立即得到处理只能等到下一次GC。空间碎片使用标记-清除算法容易产生内存碎片影响后续分配大对象时的成功率。并发模式失败Concurrent Mode Failure如果在并发标记或清理阶段结束前又触发了新的GC可能不得不进入全局STW状态用Serial Old收集器来完成剩余的工作。
结语
综上所述CMS收集器是一个针对低延迟要求而优化的选择尤其适用于Web服务器、在线交易平台等对响应速度有严格要求的场景。尽管存在一定的局限性但是通过合理的配置参数调整可以在很大程度上缓解这些问题使其更好地服务于实际应用。对于开发者而言理解CMS收集器的工作原理不仅有助于选择合适的垃圾回收策略还能帮助更精准地调优JVM性能。
