京东面试:说说CMS工作原理?

简介: 京东面试:说说CMS工作原理?

CMS(Concurrent Mark Sweep)垃圾收集器是以“最短的停顿”著称的垃圾回收器,因此也是 JDK 9 之前使用最广泛的垃圾回收器之一。那么,问题来了,为什么 CMS 能实现最短停顿时间?CMS 垃圾回收器的工作原理又是啥呢?接下来,我们一起来看。

CMS 工作原理

CMS 之所以能实现最短停顿时间是和它的工作原理分不开的,它们存在因果关联关系,因为 CMS 的工作原理,所以决定了 CMS 能实现最短的停顿时间

“最短停顿时间”指的是垃圾回收过程中,应用程序暂停的时间尽可能短。也就是在垃圾回收时,Stop The World(STW,全局停顿)时间要尽量短,因为只有 STW 够短,那么应用程序才能更快的执行。

那么 CMS 工作原理是啥呢?

CMS 垃圾回收器执行步骤分为以下两步:

  1. 标记
  2. 清除

而在以上过程中,“标记”阶段是需要大量时间的,反而“清除”需要的时间比较短(因为清除只需要把垃圾对象删除“回收”即可)。

那怎么才能提升整体的执行效率,保证最短的停顿时间呢?

于是 CMS 设计者开始动脑子了,这时候有人就提出:既然“标记”阶段比较费时,那我们就将“标记”阶段分阶段处理好了,并且最好能让他能与应用线程一起执行,这样就不需要 STW(全局停顿)了,那么停顿时间不久短了嘛?

因此 CMS 的设计者将垃圾回收的“标记”阶段,变成了以下 3 个阶段:

  1. 初始标记(STW):只标记和 GC Roots 直接关联的对象,执行速度很快。
  2. 并发标记(和用户线程并发执行):GC Roots 直接关联的对象继续往下(一直)遍历和标记,耗时会比较长。
  3. 重新标记(STW):对上一步“并发标记”阶段因为用户线程执行,而导致变动的对象进行修正标记。

具体执行流程如下:
image.png
在整个标记的过程中,只有初始标记和重新标记需要 STW,但是初始标记只标记和 GC Roots 直接关联的对象,而重新标记只是对“并发标记”阶段的用户线程进行修正标记,因此这两个阶段执行的时间都很短,所以整个 STW 停顿时间也就很短。

并且为了让 CMS 能够拥有更短的停顿时间,所以在“标记”阶段完成之后,CMS 采用的是并发清除策略,也就是 GC 垃圾回收线程和用户线程一起执行,这样就不需要 STW 了,所以执行效率就更高了。

CMS 完整执行流程如下:

  1. 初始标记(STW):只标记和 GC Roots 直接关联的对象,执行速度很快。
  2. 并发标记(和用户线程并发执行):GC Roots 直接关联的对象继续往下(一直)遍历和标记,耗时会比较长。
  3. 重新标记(STW):对上一步“并发标记”阶段因为用户线程执行,而导致变动的对象进行修正标记。
  4. 并发清除(和用户线程并发执行):使用并发-清除算法将垃圾对象进行清除。

执行流程如下图所示:
image.png

课后思考

虽然 CMS 能实现最短停顿时间,但它也存在一些缺点,例如:会内存碎片的问题。那为什么它会有内存碎片的问题?又怎么能解决内存碎片的问题?

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