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cmsgc原理

一、CMS垃圾回收器概述

CMS（ConcurrentMarkSweep）垃圾回收器是Java虚拟机（JVM）中的一种垃圾回收算法，主要用于回收老年代内存。它通过在应用程序运行期间暂停应用程序的执行来回收垃圾，从而避免内存泄漏和性能下降。CMS垃圾回收器的主要特点包括并发标记和并发清除两个阶段。

(1)在并发标记阶段，CMS垃圾回收器会与Java应用程序的执行线程并发运行。这个阶段的主要任务是标记出所有仍然存活的对象，同时避免标记已经死亡的垃圾对象。为了实现这一点，CMS垃圾回收器需要与Java应用程序的执行线程进行协调，确保在标记过程中不会出现新的对象被创建或者死亡。这个阶段可能会持续一段时间，具体时间取决于应用程序中存活对象的数量和复杂度。

(2)在并发清除阶段，CMS垃圾回收器会根据标记阶段的结果，对那些未被标记为存活的对象进行回收。这个阶段同样与Java应用程序的执行线程并发运行，以减少对应用程序性能的影响。在清除阶段，CMS垃圾回收器会尝试快速地回收内存，以减少应用程序的停顿时间。然而，由于需要处理大量的对象，这个阶段仍然可能会造成一定的延迟。

(3)CMS垃圾回收器在回收过程中还有一些特殊的设计，比如使用串行扫描和并行扫描来处理不同类型的对象。串行扫描适用于存活对象较少的情况，而并行扫描则适用于存活对象较多的情况。此外，CMS垃圾回收器还提供了预清除（Pre-Mark）和重标记（Remark）机制，以优化标记和清除阶段的性能。预清除阶段会在标记阶段之前进行，帮助减少标记阶段需要处理的对象数量；而重标记阶段则会在清除阶段之后进行，以确保标记的准确性。

CMS垃圾回收器虽然在回收老年代内存方面表现出色，但也存在一些局限性。例如，它对内存碎片化问题处理能力有限，可能导致内存分配失败。此外，CMS垃圾回收器在处理大量存活对象时，可能会造成较长的停顿时间。因此，在实际应用中，需要根据具体场景和需求来选择合适的垃圾回收策略。

二、CMS垃圾回收器工作原理

(1)CMS垃圾回收器的工作原理分为三个主要阶段：初始标记（InitialMarking）、并发标记（ConcurrentMarking）和重新标记（Remark）。在初始标记阶段，它会暂停所有用户线程，并快速标记出根对象，这一阶段的时间非常短，通常只需要1毫秒左右。然后进入并发标记阶段，在这个阶段，CMS垃圾回收器会与用户线程并发执行，完成对所有可达对象进行标记的任务，这一阶段通常耗时约50毫秒。

(2)当并发标记阶段完成后，JVM会触发一个短暂的停顿，即重新标记阶段。这个阶段是为了处理并发标记阶段中可能出现的动态分配的对象，以及那些并发标记阶段无法处理的线程栈上引用的对象。这个阶段通常需要10毫秒左右的时间。之后，进入并发清除阶段，这个阶段同样与用户线程并发执行，回收未被标记的对象，这一阶段的时间通常在100毫秒左右。

(3)在实际的垃圾回收过程中，CMS垃圾回收器会使用不同的策略来处理不同的场景。例如，在处理小对象时，CMS垃圾回收器会使用SerialOld垃圾回收器来提高性能。当系统内存较小，或者内存中有大量存活对象时，CMS垃圾回收器会使用并行清除策略，通过多线程来加速清除过程。此外，CMS垃圾回收器还支持增量调整，可以调整并发标记和并发清除的时间比例，以适应不同的内存使用场景。例如，在处理大型应用时，可以适当增加并发标记和清除的时间比例，以减少停顿时间。

三、CMS垃圾回收器优缺点分析

(1)CMS垃圾回收器的优点之一是其低停顿时间特性。在并发标记和清除阶段，CMS垃圾回收器能够减少对应用程序的影响，实现与应用程序的并发执行。据官方数据，CMS垃圾回收器在大多数情况下能够将停顿时间控制在100毫秒以内，这对于需要高响应性的应用来说是一个巨大的优势。例如，在Web服务器场景中，CMS垃圾回收器能够确保服务器在处理请求时不会因为垃圾回收而出现明显的延迟。

(2)另一个优点是CMS垃圾回收器在处理老年代内存时的高效性。由于它专注于回收老年代内存，因此能够更有效地处理大量存活对象，减少内存碎片化。据测试，CMS垃圾回收器在处理大量存活对象时，其回收效率比其他垃圾回收器高出约30%。这对于那些拥有大量持久对象的应用程序尤其有利，例如大型企业级应用，这些应用通常会有大量的对象存活在老年代。

(3)然而，CMS垃圾回收器也存在一些缺点。首先，它不适合处理小对象，因为小对象频繁地创建和销毁可能会增加并发标记阶段的负担。此外，CMS垃圾回收器在并发标记阶段可能会因为大量的存活对象而导致较长的停顿时间。例如，在处理大量小对象时，CMS垃圾回收器的停顿时间可能会超过200毫秒，这对于需要高响应性的应用来说可能是一个问题。另外，CMS