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CMS

CMS 垃圾回收器，全稱 Concurrent Mark Sweep 并發(fā)標(biāo)記-清除，從名字上面我們也可以看出這個垃圾回收器是基于標(biāo)記清除算法實現(xiàn)的。首先"并發(fā)"表示 GC 線程可以和用戶線程并發(fā)執(zhí)行，同時既然是標(biāo)記-清除算法，說明這個垃圾回收器會產(chǎn)生很多碎片，這是標(biāo)記-清除算法的缺點。同時 CMS 是作用于老年代的，老年代的垃圾回收頻率相對年輕代會低一點。

CMS 的垃圾回收有四個過程

1. 初始標(biāo)記：
2. 并發(fā)標(biāo)記：
3. 重新標(biāo)記：
4. 并發(fā)清除：

初始標(biāo)記的時候是一個 STW (stop the world)的過程，所有的用戶線程都會停止，這個時候只是標(biāo)記一下 GC Roots 能直接達(dá)到的對象，由于只是標(biāo)記一層所以整個速度相對會比較快。

并發(fā)標(biāo)記是一個 GC Roots 掃描的過程，會掃描整個鏈路標(biāo)記可以回收的對象;由于整個的鏈路會比較長，所以相對會耗時久一點，不過由于這個過程是并發(fā)的，所以對用戶線程運行是沒有影響的。

重新標(biāo)記顧名思義是一個再次標(biāo)記的過程，同時也是會 STW，之所以會有這個重新標(biāo)記的過程，是因為在上一步并發(fā)標(biāo)記的過程中，用戶線程依舊在運行，所以對象的引用關(guān)系會發(fā)生變化同時在運行的時候也會產(chǎn)生新的垃圾。這里只會標(biāo)記在上一步有發(fā)生變化的對象，雖然會 STW 不過速度也較快。

并發(fā)清除是最后一個階段，這個階段由于需要清除之前掃描的所有垃圾對象，所以會相對比較耗時，不過這個階段是可以并發(fā)進(jìn)行的所以對用戶線程的運行不會有影響。

經(jīng)過上面的四個過程就完成了一次完整的 GC，前面我們提到整個 CMS 垃圾回收器是基于標(biāo)記-清除算法的，先通過三個過程標(biāo)記出需要清理的對象，然后再進(jìn)行清理。整個過程中初始標(biāo)記和重新標(biāo)記會觸發(fā) STW，其他兩個階段是并發(fā)進(jìn)行的。標(biāo)記-清除算法會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，所以不適合需要頻繁回收的年輕代，所以只適合老年代。產(chǎn)生碎片是 CMS 的缺點，并發(fā)是 CMS 的優(yōu)點，畢竟任何一個收集器都會有優(yōu)缺點。

G1

前面我們聊完了 CMS，接下來我們聊一下 G1，G1 全稱 Garbage First，在講 G1 垃圾回收器的細(xì)節(jié)之前，我們首先要知道的是 G1 對整個堆的空間做了重新的定義。G1 中的老年代和年輕代已經(jīng)不再是物理隔離的了，而是邏輯隔離。在 G1 中整個堆空間被分成了一個個相同大小的 Region 塊，多個 Region 塊在邏輯上組成了年輕代和老年代。

這樣做的目的是因為在進(jìn)行垃圾回收的時候不需要進(jìn)行整個堆空間的掃描，同時可以根據(jù)指定停頓時間來進(jìn)行垃圾回收。G1 會將每個 Region 的回收成本進(jìn)行量化，從而達(dá)到一個成本控制，可以在限定的停頓時間內(nèi)完成回收，這是 G1 的最大的特點。

G1 回收也分為四個過程：

1. 初始標(biāo)記：初始標(biāo)記與 CMS 也是只掃描 GC Roots 直達(dá)的對象，這階段同樣也要 STW，不過時間也很短;
2. 并發(fā)標(biāo)記：從 GC Roots 開始堆中對象進(jìn)行可達(dá)性分析，找出存活的對象，這個階段耗時較長，但是可以與用戶程序并發(fā)執(zhí)行;
3. 最終標(biāo)記：最終標(biāo)記和 CMS 的重新標(biāo)記的思路一直，也是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間由于用戶程序并發(fā)運行而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動的那一部分對象，不過不同的是 G1 會將這段時間對象變化記錄在線程 Remembered Set Logs 里面，最終標(biāo)記階段需要把 Remembered Set Logs 的數(shù)據(jù)合并到 Remembered Set 中，這個階段需要停頓線程，不過是可并行執(zhí)行;
4. 篩選回收：最后一步篩選回收是 G1 與 CMS 最大的不同之處，G1 首先會對各個需要回收的 Region 代價進(jìn)行量化和排序，在結(jié)合用戶所期望的 GC 停頓時間來制定回收計劃，通過-XX:MaxGCPauseMillis 參數(shù)來指定期望的回收時間。這個階段也可以做到與用戶程序一起并發(fā)執(zhí)行，但是因為只回收一部分 Region，時間是用戶可控制的，而且停頓用戶線程將大幅提高收集效率。

上面提到了一個 Remembered Set 記憶集，是用來記錄對象引用的，在并發(fā)標(biāo)記的時候有對象引用發(fā)生變更的時候會記錄到這里，等到最終標(biāo)記的時候進(jìn)行修正。整體上來看 G1 采用的是標(biāo)記-整理的算法來進(jìn)行垃圾回收，也不會像 CMS 那樣會產(chǎn)生內(nèi)容碎片，所以 G1 同時可以進(jìn)行年輕代和老年代的垃圾回收，相比 CMS 會更靈活一點，而且也因為 G1 將內(nèi)存劃分成 Region 了，也不會造成復(fù)制算法帶來的空間浪費的問題。

總結(jié)

首先CMS 和 G1 都是并發(fā)和分代的垃圾回收器，并且都是低延遲的;CMS 是基于標(biāo)記-清除算法的，只適合在年輕代使用，不可預(yù)測停頓時間，同時年輕代和老年代是物理隔離的。G1 是基于標(biāo)記-整理的高吞吐，可預(yù)測停頓時間的垃圾回收器，可以同時使用在年輕代和老年代，同時年輕代和老年代是邏輯隔離的。