面試官：今天還是來(lái)聊聊CMS垃圾收集器唄？

候選者：嗯啊…

候選者：如果用Seria和Parallel系列的垃圾收集器：在垃圾回收的時(shí)，用戶線程都會(huì)完全停止，直至垃圾回收結(jié)束！

候選者：CMS的全稱：Concurrent Mark Sweep，翻譯過(guò)來(lái)是「并發(fā)標(biāo)記清除」

候選者：用CMS對(duì)比上面的垃圾收集器(Seria和Parallel和parNew)：它最大的不同點(diǎn)就是「并發(fā)」：在GC線程工作的時(shí)候，用戶線程「不會(huì)完全停止」，用戶線程在「部分場(chǎng)景下」與GC線程一起并發(fā)執(zhí)行。

候選者：但是，要理解的是，無(wú)論是什么垃圾收集器，Stop The World是一定無(wú)法避免的！

候選者：CMS只是在「部分」的GC場(chǎng)景下可以讓GC線程與用戶線程并發(fā)執(zhí)行

候選者：CMS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了避免「老年代 GC」出現(xiàn)「長(zhǎng)時(shí)間」的卡頓（Stop The World）

面試官：那你清楚CMS的工作流程嗎？

候選者：只了解一點(diǎn)點(diǎn)，不能多了。

候選者：CMS可以簡(jiǎn)單分為5個(gè)步驟：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、并發(fā)預(yù)清理、重新標(biāo)記以及并發(fā)清除

候選者：從步驟就不難看出，CMS主要是實(shí)現(xiàn)了「標(biāo)記清除」垃圾回收算法

面試官：嗯…是的

候選者：我就從「初始標(biāo)記」來(lái)開始吧

候選者：「初始標(biāo)記」會(huì)標(biāo)記GCRoots「直接關(guān)聯(lián)」的對(duì)象以及「年輕代」指向「老年代」的對(duì)象

候選者：「初始標(biāo)記」這個(gè)過(guò)程是會(huì)發(fā)生Stop The World的。但這個(gè)階段的速度算是很快的，因?yàn)闆]有「向下追溯」（只標(biāo)記一層）

候選者：在「初始標(biāo)記」完了之后，就進(jìn)入了「并發(fā)標(biāo)記」階段啦

候選者：「并發(fā)標(biāo)記」這個(gè)過(guò)程是不會(huì)停止用戶線程的（不會(huì)發(fā)生 Stop The World）。這一階段主要是從GC Roots向下「追溯」，標(biāo)記所有可達(dá)的對(duì)象。

候選者：「并發(fā)標(biāo)記」在GC的角度而言，是比較耗費(fèi)時(shí)間的（需要追溯）

候選者：「并發(fā)標(biāo)記」這個(gè)階段完成之后，就到了「并發(fā)預(yù)處理」階段啦

候選者：「并發(fā)預(yù)處理」這個(gè)階段主要想干的事情：希望能減少下一個(gè)階段「重新標(biāo)記」所消耗的時(shí)間

候選者：因?yàn)橄乱粋€(gè)階段「重新標(biāo)記」是需要Stop The World的

面試官：嗯…

候選者：「并發(fā)標(biāo)記」這個(gè)階段由于用戶線程是沒有被掛起的，所以對(duì)象是有可能發(fā)生變化的

候選者： 可能有些對(duì)象，從新生代晉升到了老年代?？赡苡行?duì)象，直接分配到了老年代（大對(duì)象）?？赡芾夏甏蛘咝律膶?duì)象引用發(fā)生了變化…

面試官：那這個(gè)問(wèn)題，怎么解決呢？

候選者：針對(duì)老年代的對(duì)象，其實(shí)還是可以借助類card table的存儲(chǔ)（將老年代對(duì)象發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的卡頁(yè)標(biāo)記為dirty）

候選者：所以「并發(fā)預(yù)處理」這個(gè)階段會(huì)掃描可能由于「并發(fā)標(biāo)記」時(shí)導(dǎo)致老年代發(fā)生變化的對(duì)象，會(huì)再掃描一遍標(biāo)記為dirty的卡頁(yè)

面試官：嗯…

候選者：對(duì)于新生代的對(duì)象，我們還是得遍歷新生代來(lái)看看在「并發(fā)標(biāo)記」過(guò)程中有沒有對(duì)象引用了老年代..

候選者：不過(guò)JVM里給我們提供了很多「參數(shù)」，有可能在這個(gè)過(guò)程中會(huì)觸發(fā)一次 minor GC（觸發(fā)了minor GC 是意味著就可以更少地遍歷新生代的對(duì)象）

候選者：「并發(fā)預(yù)處理」這個(gè)階段階段結(jié)束后，就到了「重新標(biāo)記」階段

候選者：「重新標(biāo)記」階段會(huì)Stop The World，這個(gè)過(guò)程的停頓時(shí)間其實(shí)很大程度上取決于上面「并發(fā)預(yù)處理」階段（可以發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)追趕的過(guò)程：一邊在標(biāo)記存活對(duì)象，一邊用戶線程在執(zhí)行產(chǎn)生垃圾）

候選者：最后就是「并發(fā)清除」階段，不會(huì)Stop The World

候選者：一邊用戶線程在執(zhí)行，一邊GC線程在回收不可達(dá)的對(duì)象

候選者：這個(gè)過(guò)程，還是有可能用戶線程在不斷產(chǎn)生垃圾，但只能留到下一次GC 進(jìn)行處理了，產(chǎn)生的這些垃圾被叫做“浮動(dòng)垃圾”

候選者：完了以后會(huì)重置 CMS 算法相關(guān)的內(nèi)部數(shù)據(jù)，為下一次 GC 循環(huán)做準(zhǔn)備

面試官：嗯，CMS的回收過(guò)程，我了解了

面試官：聽下來(lái)，其實(shí)就是把垃圾回收的過(guò)程給”細(xì)分”了，然后在某些階段可以不停止用戶線程，一邊回收垃圾，一邊處理請(qǐng)求，來(lái)減少每次垃圾回收時(shí) Stop The World的時(shí)間

面試官：當(dāng)然啦，中間也做了很多的優(yōu)化（dirty card標(biāo)記、可能中途觸發(fā)minor gc等等，在我理解下，這些應(yīng)該都提供了CMS的相關(guān)參數(shù)配置）

面試官：不過(guò)，我看現(xiàn)在很多企業(yè)都在用G1了，那你覺得CMS有什么缺點(diǎn)呢？

候選者：1.空間需要預(yù)留：CMS垃圾收集器可以一邊回收垃圾，一邊處理用戶線程，那需要在這個(gè)過(guò)程中保證有充足的內(nèi)存空間供用戶使用。

候選者：如果CMS運(yùn)行過(guò)程中預(yù)留的空間不夠用了，會(huì)報(bào)錯(cuò)（Concurrent Mode Failure），這時(shí)會(huì)啟動(dòng) Serial Old垃圾收集器進(jìn)行老年代的垃圾回收，會(huì)導(dǎo)致停頓的時(shí)間很長(zhǎng)。

候選者：顯然啦，空間預(yù)留多少，肯定是有參數(shù)配置的

候選者：2. 內(nèi)存碎片問(wèn)題：CMS本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)了「標(biāo)記清除算法」的收集器（從過(guò)程就可以看得出），這會(huì)意味著會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片

候選者：由于碎片太多，又可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存空間不足所觸發(fā)full GC，CMS一般會(huì)在觸發(fā)full GC這個(gè)過(guò)程對(duì)碎片進(jìn)行整理

候選者：整理涉及到「移動(dòng)」/「標(biāo)記」，那這個(gè)過(guò)程肯定會(huì)Stop The World的，如果內(nèi)存足夠大（意味著可能裝載的對(duì)象足夠多），那這個(gè)過(guò)程卡頓也是需要一定的時(shí)間的。

面試官：嗯…

候選者：使用CMS的弊端好像就是一個(gè)死循環(huán)：

候選者：1. 內(nèi)存碎片過(guò)多，導(dǎo)致空間利用率減低。

候選者：2. 空間本身就需要預(yù)留給用戶線程使用，現(xiàn)在碎片內(nèi)存又加劇了空間的問(wèn)題，導(dǎo)致有可能垃圾收集器降級(jí)為Serial Old，卡頓時(shí)間更長(zhǎng)。

候選者：3. 要處理內(nèi)存碎片的問(wèn)題（整理），同樣會(huì)卡頓

候選者：不過(guò)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)就是一種trade-off（權(quán)衡），不可能你把所有的事情都做得很完美

候選者：了解這個(gè)過(guò)程，是非常有趣的

面試官：那G1垃圾收集器你了解嗎

候選者：只了解一點(diǎn)點(diǎn)，不能多了

候選者：不過(guò)，留到下次吧，先讓你消化下，不然怕你頂不住了。

本文總結(jié)：

• CMS垃圾回收器設(shè)計(jì)目的：為了避免「老年代 GC」出現(xiàn)「長(zhǎng)時(shí)間」的卡頓（Stop The World）
• CMS垃圾回收器回收過(guò)程：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、并發(fā)預(yù)處理、重新標(biāo)記和并發(fā)清除。初始標(biāo)記以及重新標(biāo)記這兩個(gè)階段會(huì)Stop The World
• CMS垃圾回收器的弊端：會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片&&需要空間預(yù)留：停頓時(shí)間是不可預(yù)知的

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