CMS垃圾收集器的工作流程及Concurrent Mode Failure分析 -

题目

CMS垃圾收集器的工作流程及Concurrent Mode Failure分析

信息

类型：问答
难度：⭐⭐

考点

垃圾收集器原理,内存回收机制,GC调优

快速回答

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器工作流程：

初始标记（STW）：标记GC Roots直接关联对象
并发标记：与用户线程并行标记可达对象
重新标记（STW）：修正并发标记期间的变动
并发清除：与用户线程并行清理垃圾

Concurrent Mode Failure触发条件：老年代空间不足时发生，导致Full GC。避免方法：

增大老年代空间（-XX:NewRatio）
降低触发阈值（-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction）
启用内存碎片整理（-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection）

## 解析

一、CMS工作流程详解

CMS是针对老年代的并发收集器，通过减少STW时间提升响应速度：

初始标记（Initial Mark - STW）
暂停所有应用线程，标记GC Roots直接关联的对象（速度极快）
并发标记（Concurrent Mark）
与应用线程并发执行，遍历对象图标记存活对象（耗时最长）
重新标记（Remark - STW）
修正并发标记期间因用户线程运行导致的标记变动（使用增量更新算法）
并发清除（Concurrent Sweep）
与应用线程并发执行，清理未标记的垃圾对象

二、Concurrent Mode Failure原理

当出现以下情况时触发：
在并发清理阶段，老年代空间不足以容纳新晋升的对象。此时JVM会中止CMS并发周期，立即触发Serial Old收集器进行Full GC（长时间STW）。

根本原因：
1. 老年代空间分配过小
2. 对象晋升速度过快
3. 内存碎片导致无法分配连续空间

三、避免策略与最佳实践

1. 参数调优

// 推荐配置示例
-XX:+UseConcMarkSweepGC 
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70  // 老年代70%时启动CMS
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly     // 强制使用设定阈值
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection    // FullGC时压缩内存
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5      // 每5次FullGC压缩一次
-XX:NewRatio=3                        // 老年代/新生代=3:1

2. 监控与诊断

通过GC日志检测：
-Xlog:gc*:file=gc.log
关键日志标识：
[Concurrent Mode Failure]
使用工具分析：JVisualVM, GCViewer

3. 替代方案

当频繁出现Concurrent Mode Failure时，考虑：
- 升级到G1收集器：
-XX:+UseG1GC
- 切换到ZGC（JDK11+）：
-XX:+UseZGC

四、常见错误

错误1：未设置-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly导致JVM自动调整阈值
错误2：过度降低CMS触发阈值导致频繁GC
错误3：未启用内存压缩导致碎片化加剧

五、扩展知识

CMS vs G1：G1通过Region分区和预测模型避免内存碎片问题
晋升担保失败：当Survivor空间不足时，对象会直接进入老年代，可能加剧Concurrent Mode Failure
JDK版本影响：JDK8中CMS仍可用，JDK14后已被移除