JVM GC算法 CMS 詳解(轉)

前言

CMS，全稱Concurrent Low Pause Collector，是jdk1.4後期版本開始引入的新gc算法，在jdk5和jdk6中獲得了進一步改進，它的主要適合場景是對響應時間的重要性需求 大於對吞吐量的要求，可以承受垃圾回收線程和應用線程共享處理器資源，而且應用中存在比較多的長生命週期的對象的應用。CMS是用於對tenured generation的回收，也就是年老代的回收，目標是儘可能減小應用的暫停時間，減小full gc發生的概率，利用和應用程序線程併發的垃圾回收線程來標記清除年老代。在咱們的應用中，由於有緩存的存在，而且對於響應時間也有比較高的要求，所以希 望能嘗試使用CMS來替代默認的server型JVM使用的並行收集器，以便得到更短的垃圾回收的暫停時間，提升程序的響應性。

 

CMS收集週期

CMS並不是沒有暫停，而是用兩次短暫停來替代串行標記整理算法的長暫停，它的收集週期是這樣：
初始標記(CMS-initial-mark) -> 併發標記(CMS-concurrent-mark) -> 從新標記(CMS-remark) -> 併發清除(CMS-concurrent-sweep) ->併發重設狀態等待下次CMS的觸發(CMS-concurrent-reset)。
其中的1，3兩個步驟須要暫停全部的應用程序線程的。第一次暫停從root對象開始標記存活的對象，這個階段稱爲初始標記；第二次暫停是在併發標記以後， 暫停全部應用程序線程，從新標記併發標記階段遺漏的對象（在併發標記階段結束後對象狀態的更新致使）。第一次暫停會比較短，第二次暫停一般會比較長，而且 remark這個階段能夠並行標記。

而併發標記、併發清除、併發重設階段的所謂併發，是指一個或者多個垃圾回收線程和應用程序線程併發地運行，垃圾回收線程不會暫停應用程序的執行，若是你有多於一個處理器，那麼併發收集線程將與應用線程在不一樣的處理器上運行，顯然，這樣的開銷就是會下降應用的吞吐量。Remark階段的並行，是指暫停了全部應用程序後，啓動必定數目的垃圾回收進程進行並行標記，此時的應用線程是暫停的。

CMS的young generation的回收採用的仍然是並行複製收集器，這個跟Paralle gc算法是一致的。

 

參數介紹

一、啓用CMS：-XX:+UseConcMarkSweepGC。
2。CMS默認啓動的回收線程數目是 (ParallelGCThreads + 3)/4) ，若是你須要明確設定，能夠經過-XX:ParallelCMSThreads=20來設定,其中ParallelGCThreads是年輕代的並行收集線程數
三、CMS是不會整理堆碎片的，所以爲了防止堆碎片引發full gc，經過會開啓CMS階段進行合併碎片選項：-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection，開啓這個選項必定程度上會影響性能，阿寶的blog裏說也許能夠經過配置適當的CMSFullGCsBeforeCompaction來調整性能，未實踐。
4.爲了減小第二次暫停的時間，開啓並行remark: -XX:+CMSParallelRemarkEnabled。若是remark仍是過長的話，能夠開啓-XX:+CMSScavengeBeforeRemark選項，強制remark以前開始一次minor gc，減小remark的暫停時間，可是在remark以後也將當即開始又一次minor gc。

5.爲了不Perm區滿引發的full gc，建議開啓CMS回收Perm區選項：
+CMSPermGenSweepingEnabled -XX:+CMSClassUnloadingEnabled

6.默認CMS是在tenured generation沾滿68%的時候開始進行CMS收集，若是你的年老代增加不是那麼快，而且但願下降CMS次數的話，能夠適當調高此值：
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80

這裏修改爲80%沾滿的時候纔開始CMS回收。

7.年輕代的並行收集線程數默認是(cpu <= 8) ? cpu : 3 + ((cpu * 5) / 8)，若是你但願下降這個線程數，能夠經過-XX:ParallelGCThreads= N 來調整。

8.進入重點，在初步設置了一些參數後，例如：

-server -Xms1536m -Xmx1536m -XX:NewSize=256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:PermSize=64m 
-XX:MaxPermSize=64m -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 

須要在生產環境或者壓測環境中測量這些參數下系統的表現，這時候須要打開GC日誌查看具體的信息，所以加上參數：

-verbose:gc -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:/home/test/logs/gc.log

在運行至關長一段時間內查看CMS的表現狀況，CMS的日誌輸出相似這樣：

4391.322: [GC [1 CMS-initial-mark: 655374K(1310720K)] 662197K(1546688K), 0.0303050 secs] [Times: user=0.02 sys=0.02, real=0.03 secs] 
4391.352: [CMS-concurrent-mark-start] 4391.779: [CMS-concurrent-mark: 0.427/0.427 secs] [Times: user=1.24 sys=0.31, real=0.42 secs] 4391.779: [CMS-concurrent-preclean-start] 4391.821: [CMS-concurrent-preclean: 0.040/0.042 secs] [Times: user=0.13 sys=0.03, real=0.05 secs] 4391.821: [CMS-concurrent-abortable-preclean-start] 4392.511: [CMS-concurrent-abortable-preclean: 0.349/0.690 secs] [Times: user=2.02 sys=0.51, real=0.69 secs] 4392.516: [GC[YG occupancy: 111001 K (235968 K)]4392.516: [Rescan (parallel) , 0.0309960 secs]4392.547: [weak refs processing, 0.0417710 secs] [1 CMS-remark: 655734K(1310720K)] 766736K(1546688K), 0.0932010 secs] [Times: user=0.17 sys=0.00, real=0.09 secs] 4392.609: [CMS-concurrent-sweep-start] 4394.310: [CMS-concurrent-sweep: 1.595/1.701 secs] [Times: user=4.78 sys=1.05, real=1.70 secs] 4394.310: [CMS-concurrent-reset-start] 4394.364: [CMS-concurrent-reset: 0.054/0.054 secs] [Times: user=0.14 sys=0.06, real=0.06 secs] 

 

其中能夠看到CMS-initial-mark階段暫停了0.0303050秒，而CMS-remark階段暫停了0.0932010秒，所以兩次暫停的總共時間是0.123506秒，也就是123毫秒左右。兩次短暫停的時間之和在200如下能夠稱爲正常現象。

可是你極可能遇到兩種fail引發full gc：Prommotion failed和Concurrent mode failed。

Prommotion failed的日誌輸出大概是這樣：

[ParNew (promotion failed): 320138K->320138K(353920K), 0.2365970 secs]42576.951: [CMS: 1139969K->1120688K( 
166784K), 9.2214860 secs] 1458785K->1120688K(2520704K), 9.4584090 secs] 

這個問題的產生是因爲救助空間不夠，從而向年老代轉移對象，年老代沒有足夠的空間來容納這些對象，致使一次full gc的產生。解決這個問題的辦法有兩種徹底相反的傾向：增大救助空間、增大年老代或者去掉救助空間。 增大救助空間就是調整-XX:SurvivorRatio參數，這個參數是Eden區和Survivor區的大小比值，默認是32，也就是說Eden區是 Survivor區的32倍大小，要注意Survivo是有兩個區的，所以Surivivor其實佔整個young genertation的1/34。調小這個參數將增大survivor區，讓對象儘可能在survitor區呆長一點，減小進入年老代的對象。去掉救助空 間的想法是讓大部分不能立刻回收的數據儘快進入年老代，加快年老代的回收頻率，減小年老代暴漲的可能性，這個是經過將-XX:SurvivorRatio 設置成比較大的值（好比65536)來作到。在咱們的應用中，將young generation設置成256M，這個值相對來講比較大了，而救助空間設置成默認大小(1/34)，從壓測狀況來看，沒有出現prommotion failed的現象，年輕代比較大，從GC日誌來看，minor gc的時間也在5-20毫秒內，還能夠接受，所以暫不調整。

Concurrent mode failed的產生是因爲CMS回收年老代的速度太慢，致使年老代在CMS完成前就被沾滿，引發full gc，避免這個現象的產生就是調小-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction參數的值，讓CMS更早更頻繁的觸發，下降年老代被沾滿的可能。咱們的應用暫時負載比較低，在生產環境上年老代的增加很是緩慢，所以暫時設置此參數爲80。在壓測環境下，這個參數的表現還能夠，沒有出現過Concurrent mode failed。